La industria petrolera se caracteriza por ser intensiva en tecnología, y depende en gran medida del desarrollo científico caracterizado por la inter y multidisciplinariedad. La exploración y producción de petróleo en condiciones cada vez más adversas exige el desarrollo de una investigación avanzada y la formación de recursos humanos cualificados, tanto a nivel mundial como nacional. El Programa de Ingeniería Civil trabaja en el sector del Petróleo y el Gas desde 1977, habiendo iniciado ya desarrollos informáticos pioneros para apoyar a Petrobras en su búsqueda y producción de petróleo en el mar.

Recientemente, se ha producido una profunda reconfiguración del sector energético mundial, impulsada por la creciente urgencia de la crisis climática y los compromisos internacionales adquiridos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. En este contexto, se ha hecho imprescindible ampliar el alcance del área de concentración de Petróleo y Gas para incluir la investigación relacionada con las Energías Renovables, en consonancia con el movimiento de transición energética mundial. Se trata de una respuesta estratégica y necesaria a la demanda de profesionales con una visión sistémica, preparados para operar en un mercado cambiante. También promueve la alineación con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU, especialmente el ODS 7 (energía limpia y asequible) y el ODS 13 (acción contra el cambio climático global).

De este modo, la reciente integración de Petróleo, Gas y Energías Renovables en el ámbito académico del PEC favorece un enfoque más amplio, crítico e interdisciplinar, necesario para afrontar los retos técnicos, medioambientales y sociales que plantean el cambio climático y la nueva dinámica energética mundial. Estas tendencias también se han visto impulsadas por las nuevas exigencias relacionadas con la creciente demanda de descarbonización de la industria petrolera; la transformación digital; y el equilibrio entre la búsqueda de energías renovables y las exigencias de P&G. Es interesante señalar que, incluso antes de la incorporación formal de los estudios de Energías Renovables al área tradicional de Petróleo y Gas del PEC, varios profesores del PEC ya habían estado trabajando en la investigación y dirigiendo tesinas y tesis sobre energías renovables, especialmente en el entorno offshore, con la generación de energía eólica, solar y de las olas del mar a través de plataformas fijas y flotantes.

En este contexto, el Área de Concentración de Petróleo, Gas y Energías Renovables abarca diferentes temas englobados en las siguientes líneas de investigación: Estructuras y Sistemas Offshore; Integridad Estructural; Sistemas Petrolíferos; Teledetección Radar orientada a la Industria Petrolera; y Migración e Imagen en Geofísica de Petróleo y Gas.

Las actividades relacionadas con la línea de Estructuras y Sistemas Marinos se ocupan del desarrollo y la aplicación de técnicas de análisis y diseño de sistemas estructurales complejos para la producción de petróleo y gas en aguas someras y profundas y para la generación de energía renovable eólica, solar y undimotriz. Entre ellos se incluyen sistemas estructurales fijos, rígidos o conformes; sistemas flotantes anclados, como plataformas semisumergibles o unidades basadas en buques; sistemas de tubos ascendentes y tuberías. El diseño de estos sistemas requiere un profundo conocimiento de diversos temas, como: análisis estructural, técnicas computacionales, hidrodinámica, oceanografía, geotecnia, cimentación, materiales, estadística, probabilidad, fiabilidad, análisis espectral, procesamiento de señales y optimización.

Las actividades relacionadas con la Integridad Estructural tienen como objetivo formar recursos humanos cualificados para abordar los problemas de ingeniería relacionados con la seguridad y la integridad física de las estructuras y los equipos utilizados en las distintas instalaciones físicas de la industria petrolera. Se tratan temas como: propiedades y caracterización de materiales, análisis de tensiones en estructuras marinas y terrestres, fatiga y mecánica de la fractura, ensayos no destructivos e inspección basada en la fiabilidad.

En las actividades relacionadas con los Sistemas Petrolíferos se llevan a cabo investigaciones esenciales para el proceso de exploración en cuencas sedimentarias. La atención se centra en la formación de profesionales capaces de analizar estas cuencas, estimar el potencial, configurar las oportunidades de exploración y planificar y ejecutar proyectos de exploración. Esta línea también implica el desarrollo y aplicación de simuladores numéricos orientados a los procesos de recuperación secundaria y terciaria en yacimientos de petróleo; estabilidad de pozos horizontales o muy inclinados; modelización bidimensional y tridimensional de cuencas sedimentarias.

Las actividades relacionadas con la Teledetección Radar se centran en promover la detección de exudaciones de petróleo en regiones oceánicas, indicativas de la presencia de sistemas petrolíferos activos, así como en establecer su contextualización tectónica y medioambiental y su repetibilidad en el tiempo. Esta actividad es fundamental como condición límite para la modelización computacional de los procesos de generación y migración de petróleo, añadiendo valor a los proyectos de la industria petrolera desarrollados en las fronteras exploratorias.

Las actividades relacionadas con la migración y la obtención de imágenes en la geofísica del petróleo y el gas se ocupan del desarrollo de herramientas esenciales para obtener información del subsuelo en forma de imágenes fiables, reduciendo así el riesgo de exploración. En este contexto, los métodos geofísicos, especialmente los sísmicos, tienen una importancia fundamental. La investigación sobre métodos sísmicos en el COPPE-UFRJ comenzó con la aplicación en migración de los métodos y algoritmos de modelización sísmica desarrollados en el PEC durante los últimos 35 años, mediante MDF, MEF y ecuaciones integrales (ecuaciones MEC y de Kirchhoff). Más recientemente, también se han incluido técnicas de tomografía y problemas inversos.

Las actividades relacionadas con los hormigones y refractarios se refieren al desarrollo y análisis experimental y numérico a escala micro, meso y macro de hormigones refractarios utilizados en unidades de refino y de pastas para cementación de pozos petrolíferos. Los problemas abordados corresponden a fenómenos termoquímico-mecánicos a temperaturas elevadas y presiones próximas a la atmosférica, en el caso de los hormigones refractarios, y a temperaturas medias con presiones elevadas en el caso de las pastas de cementación de pozos. Se realizan ensayos a escala micro, meso y macroscópica para que los procedimientos de análisis multiescala, homogeneizados en el marco teórico de la micromecánica, puedan validarse con resultados experimentales. El equipamiento existente en el Laboratorio de Estructuras y Materiales del COPPE/UFRJ permite la determinación de las propiedades termoquímico-mecánicas y la modelización mecánica y computacional de alto rendimiento de hormigones y refractarios para la industria petrolera.

En este contexto, el Área de Concentración de Petróleo y Gas involucra diferentes temas englobados en las siguientes líneas de investigación: Estructuras y Sistemas Offshore; Integridad Estructural; Sistemas Petrolíferos; Teledetección Radar orientada a la Industria Petrolera; y Migración e Imagen en Geofísica de Petróleo y Gas. Muchas de estas líneas de investigación están relacionadas con las Áreas Interdisciplinares puestas en marcha por el COPPE.

Las actividades relacionadas con la línea de Estructuras y Sistemas Marinos tratan del desarrollo y aplicación de técnicas de análisis y diseño de sistemas estructurales complejos para la exploración y producción en aguas someras y profundas.

Se trata de sistemas estructurales fijos, rígidos o conformes; sistemas flotantes anclados, como plataformas semisumergibles o unidades basadas en buques; sistemas de tubos ascendentes y tuberías. El diseño de estos sistemas requiere un profundo conocimiento de diversos temas, como: análisis estructural, técnicas computacionales, hidrodinámica, oceanografía, geotecnia, cimentación, materiales, estadística, probabilidad, fiabilidad, análisis espectral, procesamiento de señales y optimización.

Las actividades relacionadas con la Integridad Estructural tienen como objetivo formar recursos humanos cualificados para abordar los problemas de ingeniería relacionados con la seguridad y la integridad física de las estructuras y los equipos utilizados en las distintas instalaciones físicas de la industria petrolera. Se tratan temas como: propiedades y caracterización de materiales, análisis de tensiones en estructuras marinas y terrestres, fatiga y mecánica de la fractura, ensayos no destructivos e inspección basada en la fiabilidad.

En las actividades relacionadas con los Sistemas Petrolíferos se llevan a cabo investigaciones esenciales para el proceso de exploración en cuencas sedimentarias. La atención se centra en la formación de profesionales capaces de analizar estas cuencas, estimar el potencial, configurar las oportunidades de exploración y planificar y ejecutar proyectos de exploración. Esta línea también implica el desarrollo y aplicación de simuladores numéricos orientados a los procesos de recuperación secundaria y terciaria en yacimientos de petróleo; estabilidad de pozos horizontales o muy inclinados; modelización bidimensional y tridimensional de cuencas sedimentarias.

Las actividades relacionadas con la Teledetección Radar se centran en promover la detección de exudaciones de petróleo en regiones oceánicas, indicativas de la presencia de sistemas petrolíferos activos, así como en establecer su contextualización tectónica y medioambiental y su repetibilidad en el tiempo. Esta actividad es fundamental como condición límite para la modelización computacional de los procesos de generación y migración de petróleo, añadiendo valor a los proyectos de la industria petrolera desarrollados en las fronteras exploratorias.

Las actividades relacionadas con la migración y la obtención de imágenes en la geofísica del petróleo y el gas se ocupan del desarrollo de herramientas esenciales para obtener información del subsuelo en forma de imágenes fiables, reduciendo así el riesgo de exploración. En este contexto, los métodos geofísicos, especialmente los sísmicos, tienen una importancia fundamental. La investigación sobre métodos sísmicos en el COPPE-UFRJ comenzó con la aplicación en migración de los métodos y algoritmos de modelización sísmica desarrollados en el PEC durante los últimos 35 años, mediante MDF, MEF y ecuaciones integrales (ecuaciones MEC y de Kirchhoff). Más recientemente, también se han incluido técnicas de tomografía y problemas inversos.

Las actividades relacionadas con los hormigones y refractarios se refieren al desarrollo y análisis experimental y numérico a escala micro, meso y macro de hormigones refractarios utilizados en unidades de refino y de pastas para cementación de pozos petrolíferos. Los problemas abordados corresponden a fenómenos termoquímico-mecánicos a temperaturas elevadas y presiones próximas a la atmosférica, en el caso de los hormigones refractarios, y a temperaturas medias con presiones elevadas en el caso de las pastas de cementación de pozos. Se realizan ensayos a escala micro, meso y macroscópica para que los procedimientos de análisis multiescala, homogeneizados en el marco teórico de la micromecánica, puedan validarse con resultados experimentales. El equipamiento existente en el Laboratorio de Estructuras y Materiales del COPPE/UFRJ permite la determinación de las propiedades termoquímico-mecánicas y la modelización mecánica y computacional de alto rendimiento de hormigones y refractarios para la industria petrolera.