apostila de perfuração (1)

FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

Departamento de Engenharia de Petrleo

Janeiro, 2000

ENGENHARIA DE PERFURAO

Prof.Dr. Paulo R. Ribeiro DEP/FEM/UNICAMP

Paulo R. Ribeiro, Engenharia de Perfurao 1

Engenharia de Perfurao LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................................... 3

INTRODUO.................................................................................................................................................. 5

POOS DE PETRLEO.................................................................................................................................. 6

ASPECTOS GEOLGICOS................................................................................................................................. 6 EXPLORAO DE PETRLEO............................................................................................................................ 7

Mtodos Geofsicos................................................................................................................................... 7 Poo Pioneiro ............................................................................................................................................ 9 Classificao dos Poos........................................................................................................................... 9 Projeto do Poo....................................................................................................................................... 10

MTODOS DE PERFURAO.................................................................................................................... 11

HISTRICO .................................................................................................................................................... 11 PERFURAO A CABO ................................................................................................................................... 11 PERFURAO ROTATIVA................................................................................................................................ 12

Sistema de Gerao e Transmisso de Energia................................................................................... 13 Sistema de Movimentao de Cargas................................................................................................... 15 Sistema Rotativo ..................................................................................................................................... 15 Sistema de Circulao ............................................................................................................................ 16 Sistema de Segurana de Poo............................................................................................................. 17 Sistema de Monitorao da Operao .................................................................................................. 18 Coluna de Perfurao ............................................................................................................................. 19

BROCAS DE PERFURAO....................................................................................................................... 21

TIPOS DE BROCAS ......................................................................................................................................... 21 Brocas de Arraste.................................................................................................................................... 21 Brocas Tricnicas.................................................................................................................................... 22

CLASSIFICAO IADC ................................................................................................................................ 24 ANLISE DE CUSTO........................................................................................................................................ 26

Previso de Custo Global de um Poo.................................................................................................. 26

FLUIDOS DE PERFURAO....................................................................................................................... 27

CLASSIFICAO BSICA DE FLUIDOS ............................................................................................................. 27 TESTES DIAGNSTICOS................................................................................................................................. 28 ADITIVAO QUMICA..................................................................................................................................... 30

Agentes Floculantes................................................................................................................................ 30 Agentes Defloculantes ............................................................................................................................ 30 Controle de Filtrao............................................................................................................................... 30 Controle de Perda Circulao................................................................................................................. 30 Controle de Adensamento...................................................................................................................... 30

LAMAS BASE DE LEO................................................................................................................................ 31

REOLOGIA E HIDRULICA DE PERFURAO....................................................................................... 32

ASPECTOS SOBRE REOMETRIA...................................................................................................................... 32 MODELOS REOLGICOS ................................................................................................................................ 33 ASPECTOS SOBRE O FLUXO DE FLUIDOS DURANTE A PERFURAO............................................................... 33 ASPECTOS SOBRE SEDIMENTAO E TRANSPORTE DE PARTCULAS.............................................................. 34

CONTROLE DE POO.................................................................................................................................. 36

CAUSAS DA ERUPO DO POO (KICK) ......................................................................................................... 36 Presso de Poros Anormal..................................................................................................................... 36


Reduo da Presso Hidrosttica da Lama.......................................................................................... 37 MTODOS DE CONTROLE............................................................................................................................... 37

Mtodo do Sondador............................................................................................................................... 38 Mtodo do Engenheiro............................................................................................................................ 39

REVESTIMENTO E CIMENTAO............................................................................................................. 40

TIPOS DO REVESTIMENTO.............................................................................................................................. 40 OPERAO DE CIMENTAO ......................................................................................................................... 41 ASPECTOS SOBRE O PROJETO DO REVESTIMENTO DE UM POO ................................................................... 41

FRONTEIRA TECNOLGICA ...................................................................................................................... 43

POOS DELGADOS (SLIMHOLES) ................................................................................................................... 43 POOS DE GRANDE AFASTAMENTO (EXTENDED REACH WELLS)................................................................... 43 POOS MULTI-LATERAIS (MULTILATERALS).................................................................................................... 44 PERFURAO COM FLEXITUBO (COILED TUBING DRILLING - CTD)................................................................. 45 PERFURAO SUB-BALANCEADA (UNDER BALANCED DRILLING - UBD)......................................................... 45

REFERNCIAS .............................................................................................................................................. 46


Lista de Figuras

Figura 1.1: Alguns tipos de trapas geolgicas................................................................................................. 6

Figura 1.2: Exsudaes de leo....................................................................................................................... 7

Figura 1.3: Princpio de obteno de dados ssmicos. ................................................................................... 8

Figura 1.4: Seo ssmica indicando diferentes litologias e possveis acumulaes de gs natural........... 8

Figura 1.5: Cofigurao bsica de um poo de petrleo. .............................................................................10

Figura 2.1: Esquema de uma sonda de perfurao a cabo. ........................................................................12

Figura 2.2: Esquema geral de uma sonda rotativa .......................................................................................13

Figura 2.3: Esquema de um sistema de gerao/transmisso mecanico...................................................14

Figura 2.4: Esquema de um sistema de gerao/transmisso diesel-eltrico. ...........................................14

Figura 2.5: Esquema do sistema de movimentao de cargas. ..................................................................15

Figura 2.6: Esquema do sistema rotativo ......................................................................................................16

Figura 2.7: Esquema do sistema de circulao.............................................................................................16

Figura 2.8: Hidrociclone do sistema de separao de slidos .....................................................................17

Figura 2.9: Esquema de um BOP. .................................................................................................................17

Figura 2.10: Detalhe de um preventor anular................................................................................................18

Figura 2.11: Detalhe de uma gaveta vazada.................................................................................................18

Figura 2.12: Coluna de perfurao durante a operao...............................................................................19

Figura 2.13: Modelo para anlise do comportamento mecanico da coluna de perfurao........................20

Figura 2.14: Composio tpica de uma coluna de perfurao....................................................................20

Figura 3.1: Alguns tipos de brocas de arraste. ..............................................................................................21

Figura 3.2: Detalhes tcnicos de brocas de arraste......................................................................................22

Figura 3.3: Broca triconica de dentes consolidados ao cone e de insertos.................................................23

Figura 3.4: Ao dos jatos da broca. (Cortesia Reed Tools)........................................................................23

Figura 3.5: Tipos de incertos de brocas tricnicas.(Cortesia Reed Tools) ..................................................24

Figura 3.6: Detalhe do mancal de deslizamento.(Cortesia Reed Tools) .....................................................24

Figura 3.7: Tabela de classificao para broca de diamante e PCD...........................................................25


Figura 3.8: Tabela de classificao para broca tricnica..............................................................................25

Figura 4.1: Organograma de classificao bsica de fluidos de perfurao...............................................28

Figura 4.2: Boletim API de fluidos de perfurao..........................................................................................29

Figura 5.1: Modelos reolgicos. .....................................................................................................................33

Figura 5.2: Esquema de circulao do fluido de perfurao. .......................................................................34

Figura5.3: Escoamento anular com partculas slidas. ................................................................................35

Figura 6.1: Blowout em uma sonda martima................................................................................................36

Figura 6.2: Situaes que podem gerar presses de poros anormais. .......................................................37

Figura 6.3: Esquema de um poo fechado para procedimentos de controle..............................................38

Figura 6.4: Curvas de presso na coluna e anular utilizando-se os dois mtodos de controle. ................39

Figura 7.1: Exemplos de programas de revestimento. .................................................................................40

Figura 7.2: Esquema de uma operao de cimentao primria. ...............................................................41

Figura 7.3: Esquema representativo de um projeto de revestimento. .........................................................42

Figura 8.1: Comparao dimensional entre um poo convencional e um delgado....................................43

Figura 8.2: Ilustrao de um poo de grande afastamento. .........................................................................44

Figura 8.3: Configuraes bsicas de poos multilaterais............................................................................44

Figura 8.4: Esquema de um sietma de perfurao com flexitubo................................................................45

Figura 8.5: Esquema de um BOP rotativo.....................................................................................................45


Introduo

A engenharia de perfurao ocupa um papel importante na explorao e explotao de um campo de petrleo e/ou gs natural. Dentro do contexto de explorao, a perfurao do poo pioneiro o nico indicador material da ocorrncia de hidrocarbonetos dentro da estrutura geolgica avaliada e mapeada por gelogos, geofsicos e geoqumicos. A viabilidade comercial da explotao de um campo depende, sensivelmente, das tcnicas de perfurao e completao utilizadas, bem como das consequncias da interao do poo com a rocha reservatrio portadora de hidrocarbonetos.

Dentro deste contexto, pretende-se neste trabalho introdutrio: (i) abordar as principais tcnicas de perfurao; (ii) descrever os sistemas bsicos de uma sonda e respectivos componentes; e (iii) apresentar os problemas inerentes operao que podem trazer consequencias a curto, mdio e longo prazo no decorrer da vida do reservatrio.

O texto foi organizado em 8 sees bsicas, contendo os aspectos tcnico-cientficos inerentes a cada assunto:

Poos de Petrleo Mtodos de Perfurao Brocas de Perfurao Fluidos de Perfurao Reologia e Hidrulica de Perfurao Controle de Poo Revestimento e Cimentao Fronteira Tecnolgica O contedo das sees apresentado de forma sucinta e qualitativa, sugerindo-se ao leitor interessado no assunto, consultar as referncias primrias que foram utilizadas na organizao deste manuscrito.


Poos de Petrleo

O objetivo bsico desta seo o de situar a perfurao dentro do contexto de explorao de um campo petrolfero, enfatizando-se a sinergia existente entre a geologia, geofsica, geoqumica, engenharia de reservatrios e a prpria engenharia de perfurao, no mapeamento e anlise comercial do campo.

Aspectos Geolgicos

A teoria organica da formao do petrleo, que a mais aceita no meio cientfico, se baseia na deposio de matria organica (principalmente de origem marinha) juntamente com sedimentos, formando-se as rochas geradoras. Com a ao da presso e temperatura de sub-superfcie, a matria organica se transforma em leo e gs natural, migrando para formaes porosas e permeveis chamadas de rochas reservatrios.

A segregao gravitacional e a ao das presses de sub-superfcie continuam atuando nos hidrocarbonetos empurrando-os para a superfcie, a menos que se encontre uma barreira selante que uma estrutura geolgica denominada trapa. As trapas (Fig. 1.1) so classificadas, de forma geral, em dois grupos:

Estruturais: Anticlinal, Falha e Domo Estratigrficas: Inconformidade e Lenticular

Figura 1.1: Alguns tipos de trapas geolgicas.


Explorao de Petrleo

A explorao de petrleo teve uma evoluo significativa desde a perfurao do poo de Drake em 1859. As nicas evidencias que justificavam, tecnicamente, a perfurao de um poo pioneiro (wild cat) eram as exsudaes de leo iluatradas na Fig. 1.2.

Figura 1.2: Exsudaes de leo.

Com o aprimoramento da Geologia do Petrleo foram iniciadas anlises topogrficas e geogrficas mais apuradas de regies potencialmente portadoras de hidrocarbonetos. Mapas regionais foram complementados por fotografias areas, que foram posteriormente substitudas por imagens de satlite. Essa substituio se deve a questes economicas e tcnicas, j que maiores reas poderiam ser rastreadas com boa resoluo e a um custo por volta de dez vezes inferior.

Mtodos Geofsicos

Com a utilizao de mtodos geofsicos de explorao, a anlise topogrfica feita por gelogos passou a ser complementada por dados fsicos de sub-superfcie, aumentando-se a probabilidade de se encontrar hidrocarbonetos em determinadas regies. Os mtodos geofsicos mais utilizados so:

Magnetometria Gravimetria Resistividade Eltrica Sismologia Os tres primeiros esto associados ao mapeamento geolgico de sub-superfcie a partir de medidas de propriedades fsicas das rochas: potencial magntico, densidade e resistividade eltrica, respectivamente.

Historicamente, a sismologia foi efetivamente aplicada durante a primeira guerra mundial pelos alemes, para a localizao de canhes inimigos atravs da monitorao da reflexo/refrao de ondas de presso atravs do solo.


A anlise ssmica tomou uma posio de destaque dentro da explorao petrolfera (Fig. 1.3), j que atributos ssmicos tais como reflexo, refrao, frequencia, fase, amplitude e outros, podem ser correlacionados com vrias propriedades de reservatrios, tais como porosidade, zona de interesse, saturao de fluidos e contedo litolgico.

Figura 1.3: Princpio de obteno de dados ssmicos.

O mapeamento de sub-superfcie evoluiu das sees ssmicas 2D (Fig. 1.4) para 3D e, atualmente, adicionou-se o aspecto temporal em mapeamentos 4D.

Figura 1.4: Seo ssmica indicando diferentes litologias e possveis acumulaes de gs natural.

Com a contribuio da Geoqumica, a probabilidade de se localizar um acmulo de hidrocarbonetos durante a explorao de um campo aumentada, significativamente. O princpio de atuao de uma avaliao geoqumica consiste na coleta, medida e anlise de hidrocarbonetos de acumulaes de sub-superfcie conhecidas. Cada leo tem caractersticas prprias, refletindo-se sua composio e sua origem. Desta forma a similaridade da assinatura de leos desconhecidos (acumulaes significativas ou no) com leos de jazidas conhecidas pode definir a origem e, consequentemente, auxiliar o desenvolvimento do modelo geolgico da rea.


Poo Pioneiro

Atravs da consolidao, processamento e anlise dos dados de superfcie (geologia) e de sub-superfcie (geofsica) verifica-se a possibilidade de se encontrar acmulos de hidrocarbonetos na rea, viabilizando-se a perfurao de um poo pioneiro.

Durante a perfurao desse tipo de poo, uma srie de informaes so coletadas e registradas, tais como :

Dados do sistema de monitorao da operao (comentado anteriormente) Dados de mud logging (cascalhos) Informaes petrofsicas e litolgicas de testemunhos retirados das formaes Dados de perfilagem (eltrica, radioativa, acstica) Resultados de testes de formao (comportamento da presso no reservatrio) Todos esses dados obtidos durante a perfurao pioneira so combinados com os dados da geologia e da geofsica, resultandos-se em um trabalho de sinergia (geologia+geofsica+engenharia de reservatrios+engenharia de perfurao) para a definio do reservatrio e para a anlise comercial de explotao ou desenvolvimento do campo.

Classificao dos Poos

Neste ponto j se torna necessria a classificao dos vrios tipos de poos, de acordo com sua finalidade durante a fase exploratria ou explotatria do campo:

Explorao - Pioneiro

- Estratigrfico

- Extenso

- Pioneiro Adjacente

- Jazida mais rasa

- Jazida mais profunda

Explotao - Desenvolvimento

- Injeo

A classificao desses poos envolve aspectos tcnicos tais como profundidade (raso/profundo), percurso (vertical, direcional, horizontal), j a nomenclatura dos poos acrescenta aspectos regionais (terrestre/submarino, sigla do estado e sigla do campo).


Projeto do Poo

Definida a finalidade do poo a ser perfurado, prepara-se o projeto do poo atravs da definio das etapas ou fases da perfurao, que possuem profundidades e diametros diferentes (Fig. 1.5), bem como sua trajetria, no caso de um poo direcional ou horizontal.

Figura 1.5: Cofigurao bsica de um poo de petrleo.


Mtodos de Perfurao

Nesta seo apresentado um histrico da perfurao e sua evoluo tecnolgica at os dias atuais, comentando-se os sistemas de uma sonda rotativa terrestre, suas funes e principais componentes.

Histrico

A tcnica de perfurao por percusso para extrao de gua, sal e gs, foi utilizada na China, no perodo de 1122 a 250 a.C. O sistema se baseava no princpio de alavanca, onde um tronco de madeira era posicionado sobre uma forquilha de madeira cravada no solo. De um lado do tronco amarrava-se uma corda, onde se pendurava a ferramenta de percusso, e do outro aplicava-se a fora propulsora humana.

O sistema evoluiu no ocidente para o chamado Spring Pole, onde utilizava-se um tronco de madeira verde tambm apoiado numa forquilha, porm cravado no solo em uma das extremidades. Na extremidade livre eram amarrados estribos para trao humana, juntamente com a corda e ferramenta de percusso. A vantagem desse sistema sobre o anterior foi a utilizao da energia potencial elstica da viga submetida a um carregamento alternado de flexo, durante o processo de percusso da ferramenta no fundo do poo.

Somente em 1829, nos EUA, a fora motriz humana foi substituda por uma fonte de energia a vapor, evoluindo-se o princpio de operao para um sistema biela-manivela e balancim. A menos da fonte de energia que evoluiu para motores de combusto interna, o sistema continua sendo aplicado at hoje na construo civil e at em extrao mineral. Este sistema tambm conhecido por perfurao a cabo, que ser descrito a seguir.

O famoso poo do Coronel Drake, foi perfurado a cabo em 1859, prximo a Titusville (Pensilvania). Sua importancia histrica est associada primeira iniciativa para produo de petrleo (foi o primeiro poo comercial perfurado nos EUA), j que tecnicamente, no foi uma contribuio significante: os 70 ps de profundidade foram alcanados em 78 dias, uma taxa de penetrao mdia inferior dos chineses.

Em 1863 surgiu na Frana o primeiro sistema de perfurao rotativo e, em 1887, foi desenvolvido o sistema de roto-percusso na Alemanha. O sistema rotativo com circulao de fluido durante a operao originrio dos EUA, em 1901, sendo que a utilizao de fonte de energia pela sonda, via motor de combusto interna, tambm teve origem nesse pas em 1920.

A reviso histrica contida nesta seo teve como objetivo principal valorizar a evoluo tcnica dos sistemas, sendo que os aspectos cronolgicos e de origem das invenes tem apenas valor de referncia para o leitor.

Perfurao a Cabo

Uma sonda de perfurao a cabo consiste, basicamente, em tres sistemas, conforme a Fig. 2.1:

Gerao de Energia Percusso Sub-superfcie


Um motor a diesel fornece energia sonda atravs de polias/correias que acionam a roda propulsora do balancim. O sistema de balancim confere a ao percussiva da ferramenta no fundo do poo.

Figura 2.1: Esquema de uma sonda de perfurao a cabo.

Uma aspecto limitante desse sistema, a de limpeza dos detritos gerados no fundo do poo pela ao da broca. A limpeza feita atravs da retirada da broca e descida de uma caamba (tubo equipado com uma vlvula de reteno no fundo) que reciprocada at que se preencha seu interior com a lama formada no poo. O material descartado na superfcie e depois de mais algumas descidas da caamba, a perfurao reiniciada.

O princpio de operao provoca baixas taxas de penetrao no solo e uma grande limitao de profundidade final, que so requisitos imperativos na anlise tcnico-economica da perfurao atualmente.

Perfurao Rotativa

A perfurao rotativa convencional executada atravs de sondas (Fig.2.2) compostas por vrios componentes, que so organizados em sistemas e subsistemas da seguinte forma:

Sistema de Superfcie

Gerao e transmisso e energia Movimentao de cargas


Rotativo Circulao Segurana de poo Monitorao da operao Sistema de Sub-superfcie

Coluna de perfurao Broca

Figura 2.2: Esquema geral de uma sonda rotativa

Sistema de Gerao e Transmisso de Energia

Este sistema responsvel pelo suprimento de toda energia consumida na sonda: guincho, bombas de lama, mesa rotativa, iluminao, etc.. A evoluo desse sistema, dentro do contexto de sondas rotativas, foi de puramente mecanico ao atual diesel-eltrico.

No sistema puramente mecanico (Fig. 2.3) motores a diesel so acoplados entre si e aos demais componentes da sonda atravs de correntes/coroas, correias/polias e engrenagens. O controle do torque aplicado feito atravs de conversores de torque e a potencia mecanica gerada distribuda aos equipamentos atravs de embreagens e uma caixa de marchas chamada compound.


Figura 2.3: Esquema de um sistema de gerao/transmisso mecanico.

No sistema diesel-eltrico (Fig. 2.4) existem grupos motor-gerador de corrente contnua ou grupos motor-gerador de corrente alternada com unidades de retificao SCR (silicon controlled rectifier). A potencia eltrica gerenciada por um gabinete de controle e distribuda aos componentes da sonda (bombas, guincho, mesa rotativa), que possuem motores eltricos de corrente contnua independentes

Figura 2.4: Esquema de um sistema de gerao/transmisso diesel-eltrico.


O domnio do sistema diesel-eltrico sobre o puramente mecanico (ou de acionamento direto) comprovado pela maior segurana operacional, maior rea disponvel no deck da mesa rotativa e maior eficincia mecanica global. A praa de mquinas, onde esto instalados os grupos motor-gerador, fica isolada da rea de circulao e trabalho dos operadores, permitindo maior flexibilidade e movimentao da operao e menores riscos humanos.

Sistema de Movimentao de Cargas

Este sistema responsvel pelo levantamento/descida da coluna de perfurao e de revestimento, bem como de objetos variados como ferramenta para conexo de tubos (chave flutuante), de perfurao direcional (sensores), de perfilagem, conjunto de vlvulas (preventor de erupes BOP), entre outras funes.

Os componentes principais podem ser vistos na Fig. 2.5: guincho, bloco de coroamento, catarina (travelling block), cabo de perfurao e gancho.

Figura 2.5: Esquema do sistema de movimentao de cargas.

Sistema Rotativo

Este sistema responsvel pela aplicao de torque e rotao coluna de perfurao, que por sua vez gira a broca na sua extremidade, causando a eroso da formao no fundo do poo.

Seus componentes principais, conforme a Fig. 2.6, so: cabea de injeo (swivel), kelly (tubo com perfil externo poligonal quadrado/hexagonal), bucha do kelly, mesa rotativa, vvulas de segurana (kelly cock inferior e superior).


Figura 2.6: Esquema do sistema rotativo

Normalmente, em sondas de perfurao martimas, o torque/rotao so transmitidos coluna atravs de um equipamento chamado top drive, Em alguns casos, particularmente em operaes de perfurao direcional, a coluna no gira e a potencia hidrulica do fluido de perfurao fornecida a um motor de fundo ou turbina, localizados logo acima da broca.

Sistema de Circulao

Este sistema caracteriza todo circuito percorrido pelo fluido de perfurao durante a operao. Segundo a Fig. 2.7, composto pelos tanques (retorno, decantao e manobra), bombas, e equipamentos para separao lquidos, slidos e gases. O sistema de separao composto por peneiras vibratrias, degaseificadores, desaeradores, desiltadores, centrfugas e mud cleaner. A separao feita de tal forma que se descarte gases e slidos inertes gerados no fundo do poo, preservando-se os aditivos qumicos adicionados lama de perfurao (por exemplo, o agente adensador, sulfato de brio).

Figura 2.7: Esquema do sistema de circulao.


Os equipamentos de separao, tais como o desaerador e desiltador mostrado na Fig. 2.8, so hidrociclones montados em baterias de seis a doze peas, para garantir uma vazo de circulao/separao adequada s condies operacionais da sonda.

Figura 2.8: Hidrociclone do sistema de separao de slidos

Sistema de Segurana de Poo

Os aspectos fundamentais de uma operao de perfurao, seja para a finalidade de explorao ou explotao de um campo, esto associados economia e segurana da operao. O sistema de segurana de poo composto por um equipamento preventor de erupes chamado BOP (blow out preventer) e pelo seu conjunto de controle e acionamento. O BOP (Fig. 2.9) um conjunto de vlvulas que fecham o poo caso haja um influxo de fluidos da formao para dentro do poo, podendo gerar perda material e humana.

Figura 2.9: Esquema de um BOP.


O equipamento possui um preventor anular (Fig. 2.10) e tres tipos de vlvulas de gaveta: cega (fecha com o tubo de perfurao dentro do poo), cisalhante (fecha e corta a coluna que est dentro do poo) e vazada (fecha o espao anular existente entre a coluna e o revestimento sem danificar o tubo), de acordo com a Fig. 2.11.

Figura 2.10: Detalhe de um preventor anular.

Figura 2.11: Detalhe de uma gaveta vazada.

Sistema de Monitorao da Operao

Este sistema monitora e registra vrios parmetros relevantes da operao, tais como:

Profundidade Taxa de penetrao


Peso suspenso no gancho Rotao e torque na mesa rotativa Vazo e presso na bomba Densidade e temperatura da lama Presso na linha de retorno Volume total de lama Alm desses dados auxiliarem o sondador a detectar problemas e anomalias durante a operao, os registros so feitos em cartas que podero ser utilizadas no projeto de novos poos, bem como servir de base para gelogos, engenheiros e pessoal da superviso do campo.

Existem outros dados, obtidos pelo grupo de mud logging, vinculados anlise dos cascalhos gerados no fundo do poo, que fornecem informaes importantes tanto em relao aos hidrocarbonetos presentes na formao produtora, quanto origem geolgica da rocha reservatrio.

Coluna de Perfurao

A coluna de perfurao transmite torque/rotao da mesa rotativa ou top drive broca, servindo de conduite para circulao do fluido de perfurao at o fundo do poo. Este elemento est sujeito a vrios esforos dinmicos (Fig. 2.12), tais como flexo, toro, fora normal e fora cortante, sendo que sua rigidez estrutural bem como as foras de reao resultantes da interao entre a coluna e a formao so responsveis pela trajetria do poo (Fig. 2.13).

Figura 2.12: Coluna de perfurao durante a operao.

A coluna de perfurao o sistema de sub-superfcie composto pelos tubos de perfurao (drill pipe), heavy weight drill pipe, e comandos (drill collars). Os comandos so tubos de parede grossa instalados logo acima da broca para aplicar peso sobre a broca e garantir que no haja flambagem da parte inferior


da coluna submetida compresso. Os tubos intermedirios (heavy weight) so conectados entre os tubos de perfurao e os comandos, de forma a se garantir uma transio mais amena em termos de rigidez estrutural.

Figura 2.13: Modelo para anlise do comportamento mecanico da coluna de perfurao.

Alm dos elementos tubulares mencionados, a coluna possui uma srie de equipamentos adicionais que permitem a conexo dos diferentes componentes (substitutos subs), absoro de vibraes (shock sub), estabilizadores, escareadores (reamers), alargadores (under reamers) e ferramentas de monitorao da perfurao direcional. Uma composio tpica de uma coluna de perfurao pode ser observada na Fig. 2.14.

Figura 2.14: Composio tpica de uma coluna de perfurao.


Brocas de Perfurao

A broca de perfurao a ferramenta mais bsica utilizada pelo engenheiro de perfurao, sendo sua seleo e definio das condies de operao uma tarefa corriqueira dentro da sonda. Existe uma grande variedade de brocas no mercado, sendo importante o conhecimento dos princpios de ao/funcionamento da ferramenta, bem como de seus componentes.

Tipos de Brocas

As brocas so classificadas, basicamente, em dois tipos:

Brocas de Arraste (Drag Bits) - Lmina

- Diamante Natural

- PCD (Polycrystalline Diamond Compact)

Brocas Tricnicas

Brocas de Arraste

Esse tipo de broca se caracteriza por um corpo consolidado, sem partes girantes, cuja estrutura cortante pode ser de ao, carbureto de tungstenio, diamante natural ou diamante sinttico. (Fig. 3.1).

Figura 3.1: Alguns tipos de brocas de arraste.


A caracterstica fundamental desse tipo de broca sua interao dente/formao: ocorre uma raspagem do fundo do poo acompanhada da ao da fora normal devido ao peso-sobre-broca.

As brocas de lmina ou rabo de peixe caram em desuso, face sua vida curta devido ao desgaste e sua baixa eficincia em formaes mais profundas.

As brocas de diamantes naturais apresentam um campo de aplicao mais amplo, particularmente em formaes duras/abrasivas. Este tipo de broca possui parmetros de projeto que, praticamente, ditam seu desempenho para determinado tipo de formao (Fig. 3.2):

Forma da coroa

Tamanho e densidade/distribuio dos diamantes sobre a coroa

Caminho de fluxo de fluido e cascalhos gerados

Figura 3.2: Detalhes tcnicos de brocas de arraste.

Nas brocas PCD, o elemento cortante consiste em uma pastilha composta por uma camada fina de cristais de diamante (0.5mm) fixada a um substrato de carbureto de tungstenio (3mm de espessura) a altas temperaturas. Essa pastilha fixada a um cilindro de carbureto de tungstenio de mesmo diametro, que compe o elemento cortante que ser cravado na coroa da broca.

Brocas Tricnicas

As tricnicas possuem cones girantes fixos ao corpo da broca, permitindo-se uma ao de fora normal de impacto e tambm de raspagem. O segundo efeito se acentua quanto maior for o desalinhamento dos eixos de simetria dos cones em relao ao eixo axial do corpo da broca, chamado de cone offset.


Figura 3.3: Broca triconica de dentes consolidados ao cone e de insertos.

Um aspecto importante nesse tipo de broca sua auto-limpeza, facilitada pelo encaixe dos dentes dos cones devido rotao e tambm devido ao direcionamento dos jatos da broca (Fig. 3.4)

Figura 3.4: Ao dos jatos da broca. (Cortesia Reed Tools)

Os elementos cortantes podem ser dentes consolidados aos cones ou insertos de carbureto de tungstenio, cravados nos cones de forma anloga da broca PCD. O formato dos insertos (Fig. 3.5) depende das caractersticas mecanicas das formaes a serem perfuradas, tais como: resistencia mecanica, dureza, tenacidade, rigidez e ductilidade.


Figura 3.5: Tipos de incertos de brocas tricnicas.(Cortesia Reed Tools)

As brocas tricnicas podem possuir tres tipos de elementos girantes, que so responsveis pela sua vida til, capacidade de carga e custo:

Rolamentos de Esferas/Roletes, Abertos/Selados, Com/Sem Auto Compensao

Mancais de Deslizamento (Fig. 3.6)

Figura 3.6: Detalhe do mancal de deslizamento.(Cortesia Reed Tools)

Classificao IADC

A International Association of Drilling Contractors (IADC) utiliza, basicamente, um cdigo de tres dgitos para caracterizar determinada broca:


1. Srie: Associada ao tipo de broca (PCD/Diamante, perfurao/testeminhagem, Tricnicas) bem como a carctersticas da formao, tais como: dureza, resistencia compresso e abrasividade

2. Tipo:: Associado ao grau de dureza dentro de uma determinada srie

3. Caracterstica: Associada a detalhes de projeto (tipo de rolamento, tipo de coroa, tipo de barrilete na testemunhagem, etc.)

Desta maneira permite-se aos fabricantes de brocas divulgar seus modelos, fazendo-se a correspondencia direta com o cdigo da IADC (Figs.3.7 e 3.8).

Figura 3.7: Tabela de classificao para broca de diamante e PCD.

Figura 3.8: Tabela de classificao para broca tricnica.


Anlise de Custo

A anlise da eficincia de uma corrida de broca feita utilizando-se a seguinte frmula bsica de custo:

DtttccC mcbsb

+++= )(

sendo: C=custo da perfurao por unidade de profundidade; cb=custo da broca; cs=custo operacional da sonda (leasing); tb=tempo de broca furando; tc=tempo de broca parada; tm=tempo de manobra; DD=profundidade perfurada.

Como pode-se observar na expresso apresentada, o desempenho da broca propriamente dito (associado a sua taxa de penetrao:dD/dt) pode no ser o fator decisivo na avaliao da eficincia global da perfurao. importante observar que na frmula utilizada no foi includo nenhum aspecto sobre risco da operao, tal como problemas associados a estabilidade de poo, erupes (kicks), desvio direcional, priso de coluna, entre outros. Dessa maneira, fundamental que o engenheiro adote bom senso e experincia na utilizao da expresso.

Previso de Custo Global de um Poo

O grupo de engenharia de perfurao frequentemente cobrado sobre a previso de custos de um poo em determinada rea. Pode se tratar de uma mera estimativa do custo de um poo em determinado bloco posto em oferta/licitao, assim como pode se tratar da formalizao de uma proposta de perfurao de um novo poo em um bloco no qual a operadora obteve concesso de explorao.

O custo de perfurao depende, basicamente, da locao e profundidade do poo. A locao reflete custos associados preparao da rea do poo, logstica da operao (movimentao da sonda para a locao, transporte de material/equipamentos/pessoal de/para a rea) e operao propriamente dita. J a profundidade reflete em custos associados aos parmetros considerados pela frmula anterior, mais aspectos inerentes ao revestimento/cimentao, perfilagem, avaliao de formao, completao e aos problemas mencionados.

O American Petroleum Institute (API) publica, anualmente, um boletim sobre custos de perfurao de poos de vrias profundidades, em determinadas reas dos EUA. Foi constatado que o custo cresce exponencialmente com a profundidade.


Fluidos de Perfurao

As funes bsicas dos fluidos de perfurao podem ser listadas a seguir:

1. Limpar os fragmentos de rochas (cascalhos) gerados no fundo do poo e transport-los at a superfcie para descarte

2. Exercer presso hidrosttica suficiente para que no haja influxo de fluidos de formao para dentro do poo

3. Manter o poo aberto at que o revestimento seja descido e cimentado

4. Criar um reboco na parede do poo de forma que se minimize a invaso de filtrado para a formao, evitando-se seu dano

5. Resfriar e lubrificar a coluna de perfurao e a broca

Em termos de requisitos bsicos , os fluidos no devem:

Causar efeitos adversos s formaes perfuradas em termos mecanicos e/ou petrofsicos

Provocar a corroso de equipamentos e componentes de superfcie e de sub-superfcie

Desta forma, o critrio de seleo do fluido a ser aplicado em dada operao deve levar em considerao:

Tipo de formao a ser perfurada

Faixa de temperatura, resistencia mecanica, permeabilidade e presso de poros da formao

Aspectos ambientais/ecolgicos

Pode-se, ento, caracterizar o objetivo bsico do engenheiro: escolher um fluido de perfurao que execute suas funes bsicas, atendendo-se seus requisitos, com o menor custo.

Classificao Bsica de Fluidos

Os fluidos de perfurao podem ser classificados da seguinte forma, segundo organograma da Fig. 4.1:


Lama Base gua Lama Base leo

Lquidos

Espuma Nvoa

Misturas Gs-Lquido

Ar Gs Natural

Gases

Fluidos de Perfurao

Figura 4.1: Organograma de classificao bsica de fluidos de perfurao.

A composio qualitativa de uma lama a seguinte:

Fase lquida (gua e/ou leo)

Slidos ativos de baixa densidade ( no caso de lamas base gua)

Slidos inativos de baixa densidade

Slidos de alta densidade

Aditivos qumicos

Testes Diagnsticos

De forma a se verificar se a lama de perfurao est executando as funes necessrias, so realizados, sistematicamente, testes diagnsticos em amostras que retornam do poo. O registro das propriedades da lama feito no formulrio API (Fig.4.2).

Os equipamentos utilizados na sonda para a realizao desses testes e determinao das propriedades da lama so os seguintes:

Balana: densidade

Funil Marsh: consistencia do fluido

Viscosmetro rotacional: parmetros reolgicos bsicos

Filtro prensa: caractersticas de filtrao do fluido

Filtro prensa HPHT (alta presso/alta temperatura): simulao de condies prximas s de fundo de poo

Medidor de pH

Peneira 200 mesh

Kit de titulao: [OH-] - alcalinidade, [Ca++] dureza da gua, [Cl-] - salinidade

Retorta: frao volumtrica de slidos, leo e gua

Adsoro de azul de metileno: capacidade de troca de ctions das argilas presentes


Figura 4.2: Boletim API de fluidos de perfurao.

A partir dos testes diagnsticos, verificada a correo que deve ser feita na lama e, atravs de testes piloto, so realizados vrios tratamentos em amostras de pequeno volume, de forma a se garantir o atendimento tcnico das especificaes ao menor custo. A partir dos resultados dos testes piloto, implementa-se o tratamento no sistema de circulao real, preocupando-se com a representatividade das condies de laboratrio em relao ao caso real.


Aditivao Qumica

A lama de perfurao uma espcie de coquetel composto pela fase lquida, bentonita e diversos aditivos qumicos que possuem funes especficas no desempenho global do fluido de perfurao. A preparao inicial e a futura correo de problemas da lama um trabalho tcnico cuidadoso, face s variaes ambientais existentes (presso/temperatura na superfcie/fundo do poo) e s possveis interaes entre aditivos/fluido/formao e consequentes efeitos colaterais de determinado tratamento.

Agentes Floculantes

Esses agentes so responsveis pelo aumento da capacidade de carreamento de cascalhos pelo fluido e tambm da sustentao de partculas durante os perodos em que as bombas de lama estiverem desligadas. O efeito de polmeros como goma xantana, HEC (hidroxi etil celulose) e CMC (carboxi metil celulose) so muito utilizados para o aumento do limite de escoamento e tenso de gel do fluido.

Agentes Defloculantes

Esses agentes so utilizados para o afinamento da lama, ou seja, uma ao contrria ao caso anterior. Os aditivos utilizados so os fosfatos, taninos, ligninas e ligno-sulfonatos.

Controle de Filtrao

O fluxo de filtrado da lama para dentro da formao pode causar danos que repercutiro, negativamente, nos testes de avaliao e mesmo na produtividade do poo.

Esse controle feito atravs do acrscimo de amido, poli-acrilatos e tambm CMC.

Controle de Perda Circulao

A perda de circulao a entrada descontrolada de lama para dentro da formao, devido presena de arenitos altamente permeveis, fraturas naturais/induzidas e mesmo cavernas (formaes carbonticas).

O reparo desse tipo de problema feito atravs da adio de material lamelar (celofane), fibroso (p de cerra, palha de arroz) e granular (plstico) lama.

Controle de Adensamento

O controle do adensamento da lama de fundamental importancia na manuteno da presso hidrosttica superior presso de poros da formao (overbalance).

Os materiais utilizados nessa tarefa apresentam as seguintes razes de peso especfico (aqui chamado de RPE) em relao gua:

Baritina (BaSO4): RPE~4.2

Hematita (Fe2O3): 4.5


A adio de hematita e galena feita em situaes extremas de adensamento, devido a problemas associados ao desgaste de componentes do sistema de circulao.

No caso da baritina, ocorre normalmente um aumento na viscosidade aparente da lama, devido absoro da gua da lama pelo aditivo.

Lamas Base de leo

Nas lamas base de leo, a composico , aproximadamente, 50% de diesel e 30% de gua. Esse tipo de lama possui vantagens, desvantagens e aplicaes especficas que so apresentadas a seguir.

Vantagens:

Bom comportamento reolgico at temperaturas da ordem de 250o C

Carter inibidor nato

Efetiva contra qualquer tipo de corroso

Boa lubrificao

Baixa densidade

Desvantagens:

Alto custo inicial

Limitaes ambientais severas

Difcil deteco de kicks devido solubilidade do gs no leo diesel

Aplicaes:

Formaes HPHT (a alta temperatura e presso)

Zonas/domos de sal

Formaes reativas a gua

Controle de corroso

Poos direcionais (alto torque/arraste torque/drag)

Preveno/liberao de coluna presa por diferencial de presso

Formaes com baixa resistencia mecanica e baixa presso de poros

Atualmente, esse tipo de fluido de perfurao est sendo substitudo por fluidos sintticos (a base de polmeros organicos/bio-degradveis)


Reologia e Hidrulica de Perfurao

A Mecanica dos Fluidos de fundamental importancia para o engenheiro de perfurao para o endereamento de problemas relacionados a:

1. Condio esttica do poo (bombas desligadas e coluna parada)

2. Condio dinamica de operao (fluido circulante e coluna girando)

3. Operao de manobra (coluna descendo/subindo dentro do poo)

4. Operao de cimentao do revestimento

5. Capacidade de carreamento e sustentao de partculas de rochas resultantes da ao da broca na formao

A primeira situao de grande interesse em situaes de controle de poo, que sero abordadas mais adiante. J as quatro situaes seguintes sofrem um impacto significativo devido ao comportamento no-Newtoniano da maioria dos fluidos de perfurao, justificando-se uma abordagem de aspectos associados reologia desses fluidos.

Aspectos sobre Reometria

Reologia a cincia que estuda a deformao e o escoamento da matria. Essa cincia envolve o estudo de materiais cujo comportamento pode ser modelado dentro de dois extremos: puramente elsticos (Lei de Hooke) e puramente viscosos (Lei de Newton da viscosidade).

Dessa maneira, o ponto alto de materiais reologicamente complexos a apresentao de dois comportamentos, dependendo-se da solicitao imposta, caracterizando-se os materiais visco-elsticos. Exemplos tpicos desse tipo de material dentro da Engenharia de Petrleo so os fluidos de fraturamento (gis a base de HPG hidroxi propil guar) utlilizados em operaes de estimulao de poos e fluidos de perfurao com aditivos polimricos (goma xantana, CMC, HEC).

O objetivo bsico da Reometria a utlilizao de apararatos experimentais que permitam levantar os parmetros das equaes reolgicas de estado que governam o comportamento do material submetido ao escoamento e deformao. Essas equaes de estado apresentam a relao existente entre o tensor de desvio de tenso e o tensor deformao, caracterizando-se a lei constitutiva do material que ser utilizada nas equaes governantes do movimento/escoamento e deformao do material.

Para a anlise dos escoamentos de interesse na perfurao, estabelece-se a relao entre a tenso de cisalhamento e a taxa de deformao (gradiente de velocidade do fluxo):

Os remetros mais utilizados, atualmente, para essa caracterizao e respectivos princpios de operao, so:

Capilar: medidas de queda de presso e vazo atravs de um tubo capilar

)( f=


Rotacional: medida de rotao e torque em vrias configuraes de sensores (placa-placa, cone-placa, cone-cone e cilindros concntricos)

Modelos Reolgicos

O fluidos de perfurao apresentam, geralmente, comportamento no-Newtoniano, ou seja, a relao entre a tenso e a taxa de deformao no linear, apresentando-se uma viscosidade aparente (dependente da taxa de deformao imposta).

Os modelos comumente utilizados na Engenharia de Petrleo so puramente viscosos, com um, dois ou tres parmetros, conforme a Fig. 5.1.

Taxa de deformao

Ten

so

ciza

lhan

te

NewtonianoBingham

Potncia (Potncia (Dilatante)

Pseudoplstico)

Figura 5.1: Modelos reolgicos.

Aspectos sobre o Fluxo de Fluidos durante a Perfurao

Observando-se o sistema de circulao da sonda mostrado na Fig. 5.2 , verifica-se que o fluido percorre geometrias tubulrares, anulares e atravs de bocais (jatos da broca).

Devido a aspectos de dimensionamento, segurana e eficiencia do sistema de circulao, importante se conhecer a presso e perfil de velocidades em cada ponto do circuito. Desta forma, torna-se necessrio a modelagem/entendimento do escoamento atravs do cicuito, considerando-se aspectos relativos a regimes de fluxo, reologia do fluido, condies de operao (geometria do sistema, vazo nas bombas, rotao da coluna, taxa de penetrao) e condies ambientais (temperatura, presso).

O escoamento atravs de tubos cilndricos (interior da coluna de perfurao, kelly, mangueiras da superfcie) bem entendido na literatura, tanto em termos de modelagem matemtica para previso de perdas de carga e perfis de velocidade (escoamento monofsico laminar e turbulento) quanto em termos de medidas experimentais em laboratrio.


Figura 5.2: Esquema de circulao do fluido de perfurao.

Um problema que ainda permanece em estudos, o escoamento atravs do espao anular existente entre a coluna de perfurao e o poo (aberto/revestido). Apesar de haver vrias contribuies relevantes na literatura, tanto em termos de modelagem matemtica quanto em termos de anlise experimental, existem ainda limitaes no entendimento pleno do escoamento anular durante a operao. Alguns pontos importantes na abordagem desse escoamento, que dificultam sensivelmente a anlise, podem ser listados a seguir:

Comportamento dinmico da coluna dentro de um poo preenchido com fluido de perfurao

Regime de fluxo (laminar, turbulento, existencia de vrtices)

Excentricidade anular

Reologia do fluido

Transferencia de calor no sistema

Aspectos sobre Sedimentao e Transporte de Partculas

Durante a operao de perfurao, o fluido escoa no anular transportando/carreando os fragmentos de rocha gerados no fundo do poo pela ao da broca sobre a formao (Fig. 5.3). Quando um novo tubo ou mesmo uma junta (tres tubos) adicionada coluna, devido ao avano da perfurao, as bombas so desligadas, temporariamente, e as partculas slidas que estavam sendo transportadas para superfcie pelo fluido podem sedimentar. Esta sedimentao pode trazer problemas srios, tal como a priso da coluna.


Figura5.3: Escoamento anular com partculas slidas.

A primeira situao (dinmica) governada pela velocidade mdia do fluido (vazo das bombas), velocidade de rotao da coluna, taxa de penetrao, densidade (fluido e partcula), reologia do fluido e aspectos geomtricos (tamanho e forma das partculas, bem como dimetro da coluna e do poo).

J a segunda situao (esttica) governada pela reologia do fluido, particularmente sua tenso de gel, e pela densidade (fluido e partcula).

As situaes apresentadas so complicadas na perfurao de poos direcionais e horizontais, j que a distancia vertical de sedimentao diminui medida que a inclinao do poo aumenta, reduzindo-se ao dimetro do poo na situao horizontal. A sedimentao dos fragmentos de rocha no lado baixo do poo resulta na formao de um leito de cascalhos, que se movimenta ao longo do comprimento do poo, em funo do escoamento do fluido de perfurao.


Controle de Poo

A erupo (kick) a entrada de fluidos da formao (gua, leo ou gs) para dentro do poo. Se o influxo descontrolado, trata-se de um blowout, que pode incorrer em perdas materiais e humanas significaticas, como ilustrado na Fig. 6.1.

Figura 6.1: Blowout em uma sonda martima.

A condio bsica para que a erupo ocorra que a presso de poros da formao ultrapasse a presso hidrosttica no fundo do poo

Causas da Erupo do Poo (Kick)

Considerando-se a condio bsica de ocorrencia de um kick mencionada, pode-se apontar dois cenrios distintos:

1. Presso de poros anormalmente alta para a profundidade do poo

2. Reduo da presso hidrosttica no fundo do poo (mudana de uma situao de overbalance para uma de underbalance)

Presso de Poros Anormal

Considera-se uma presso de poros normal como sendo igual presso hidrosttica de uma coluna de gua a igual profundidade. Para se monitorar esse parmetro, normalmente utiliza-se o gradiente de presso de poros, que o peso especfico do fluido expresso em unidades de campo (Psi/p). Desta forma, estabelece-se as faixas de gradiente de presso de poros (Gp):

Normal: 0.434


Deste ponto em diante, nos referiremos a presso de poros anormal, como sendo Gp>0.465Psi/p.

Algumas situaes tpicas de se encontrar presso de poros anormal a uma dada profundidade, esto associadas migrao de fluidos de formaes mais profundas para formaes mais rasas. Isso pode ter sido gerado por fatores geolgicos ou tcnicos, como pode ser observado na Fig. 6.2.

Figura 6.2: Situaes que podem gerar presses de poros anormais.

Reduo da Presso Hidrosttica da Lama

Essa reduo pode ocorrer nas seguintes situaes:

1. Diminuio da coluna de fluido, devido a uma perda de circulao ou completao indevida do poo durante a manobra

2. Diminuio da densidade do fluido de perfurao, devido ao corte da lama por gs, contaminao da lama por gua ou leo

3. Cimentao inadequada

4. Pistoneio durante a manobra ou devido ao enceramento da broca

Mtodos de Controle

Existem alguns indcios de kicks que podem levar a uma situao de emergncia, tais como:

Aumento no volume dos tanques de lama

Aumento da vazo de retorno

Fluxo de fluido com as bombas desligadas

Aumento brusco da taxa de penetrao


Constatada a erupo a partir do procedimento chamado flow check (desligamento das bombas com observao da existencia de fluxo na linha de retorno do anular), inicia-se o procedimento de controle com o fechamento do BOP. A partir do esquema mostrado na Fig. 6.3, o kick circulado para fora do poo e as condies normais de operao so restabelecidas com a lama de perfurao nova (densidade superior da lama velha ou original, que no conseguiu exercer presso hidrosttica suficiente para evitar a invaso do fluido da formao).

Figura 6.3: Esquema de um poo fechado para procedimentos de controle.

Durante o procedimento de controle, existem duas preocupaes bsicas:

1. Manuteno da presso no fundo do poo superior presso de poros

2. No ultrapassar a presso de fratura da formao mais fraca ( profundidade da sapata do ltimo revestimento) e tambm a presso admissvel do BOP e do revestimento

De acordo com a Fig. 6.3, a partir dos valores de presso de fechamento na coluna e no revestimento (Pdp e Pc, respectivamente) bem como do volume de ganho nos tanque (G), determina-se:

Presso de poros da formao

Densidade e consequente identificao do fluido invasor (gs, leo ou gua)

Acrscimo de densidade necessrio na lama, para que seja restabelecida a condio normal de operao

A partir desse ponto, inicia-se o procedimento de controle do poo, utilizando-se um mtodo adequado para a situao em que ocorreu a erupo. Caso a broca esteja no fundo do poo, pode ser utilizado um dos dois mtodos mais usuais de controle, que so comentados a seguir.

Mtodo do Sondador

Esse mtodo se baseia na circulao do kick para fora do poo, utlizando-se a lama velha, seguindo-se com a circulao da lama nova para restabelecimento da operao.


Mtodo do Engenheiro

Esse mtodo se baseia na preparao da lama nova, seguindo-se com a circulao do kick para fora do poo com essa lama nova.

A comparao qualitativa do nvel de presses atingido na coluna e no revestimento durante a utilizao da cada um dos mtodos pode ser observada na Fig. 6.4.

Figura 6.4: Curvas de presso na coluna e anular utilizando-se os dois mtodos de controle.


Revestimento e Cimentao

O revestimento do poo tem uma funo importante tanto durante a perfurao das vrias fases de um poo, quanto durante a vida produtiva de um poo de desenvolvimento.

De forma anloga coluna de perfurao, a coluna de revestimento composta por tubos de ao conectados entre si, sendo cimentada dentro do poo, de forma a exercer as seguintes funes:

Evitar o colapso do poo durante a perfurao

Isolar, hidraulicamente, os fluidos do poo da formao e dos fluidos existentes dentro de seus poros

Minimizar o dano formao devido ao fluido de perfurao e, de forma recproca, proteger o interior do poo da exposio a ambientes hostis de sub-superfcie (H2 S, sal, )

Proteger aquferos de abastecimento contra contaminao pelos fluidos do poo (regulamentado pelo governo)

Isolar zonas problemticas associadas a presses anormais, perda de circulao, argilas reativas e formaes salinas

Fornecer um conduite de alta resistencia para a circulao do fluido invasor, durante uma operao de controle de poo

Tipos do Revestimento

Como j foi comentado anteriormente, o poo perfurado em fases ou etapas, sendo que cada fase est associada a uma profundidade e a um dimetro. A Fig. 7.1 apresenta alguns exemplos de programas de revestimento, destacando-se as dimenses de interesse do revestimento condutor, de superfcie, intermedirio e de produo, bem como o liner de produo e o de perfurao.

Figura 7.1: Exemplos de programas de revestimento.


Operao de Cimentao

Existem vrias tcnicas de cimentao, dependendo-se da situao do poo. Na Fig. 7.2 esquematizada uma cimentao primria:

Figura 7.2: Esquema de uma operao de cimentao primria.

Aspectos sobre o Projeto do Revestimento de um Poo

O projeto do revestimento do poo definido, primordialmente, pelo dimetro interno do revestimento de produo. Desta forma, a definio dos dimetros e profundidades das sapatas feita do objetivo (alvo) para a superfcie.

De forma anloga ao gradiente de presso de poros da formao, define-se o gradiente de fratura da formao que pode ser estimado durante a fase de projeto do poo (correlaes envolvendo o estado de tenses in situ e a presso de poros) e , posteriormente, verificado atravs do chamado leakoff test..

Atravs da Fig. 7.3 pode-se observar a relao existente entre profundidade da sapata gradiente de presso de poros - gradiente de fratura. Vale ressaltar que a presso hidrosttica da lama no fundo do


poo, deve-se situar sempre dentro da faixa de presso de poros e presso de fratura quela profundidade, considerando-se uma margem de kick e uma margem de manobra da ordem de 0.5 lbm/gal.

Figura 7.3: Esquema representativo de um projeto de revestimento.


Fronteira Tecnolgica

O objetivo principal desta seo apresentar tpicos que vem sendo desenvolvidos pela industria e centros de pesquisa da rea petrolfera e divulgados na literatura, recentemente.

A idia apresentar os assuntos para discusso em aula, sobre a viabilidade de aplicao das tecnologias no atual cenrio de explorao/explotao do Brasil e do mundo.

Nas sees seguintes, o material no foi apresentado de forma convencional, j que a maioria dos tpicos esto em fase de desenvolvimento e ainda abertos para contribuies. Algum tipo de referncia sugerido na seo, de forma que o leitor interessado d incio a sua pesquisa bibliogrfica no assunto.

Poos Delgados (Slimholes)

Referncia: Ribeiro, P.R.: Finite Element Modeling of Annular Flows with Application to Slim Hole Drilling

Hydraulics, Ph.D. dissertation, The University of Texas at Austin, 1993.

17 1/2" Hole

13 3/8" Casing

12 1/4" Hole

9 5/8" Casing

8 1/2" Hole

4 1/2" Drill Pipe

8 1/2" Hole

7" Casing

6" Hole

5" Casing

4 3/8" Hole

3.7" Drill Pipe

Slim-Hole WellConventional Well

Figura 8.1: Comparao dimensional entre um poo convencional e um delgado

Poos de Grande Afastamento (Extended Reach Wells)

Referncia: Mueller, M.D., Quintana, J.M., and M.J. Bunyak: Extended Reach Drilling From Plataform Irene, SPEDE (June 1991), 138.


Figura 8.2: Ilustrao de um poo de grande afastamento.

Poos Multi-laterais (Multilaterals)

Referncia: Journal of Petroleum Technology, July, 1999

Figura 8.3: Configuraes bsicas de poos multilaterais.


Perfurao com Flexitubo (Coiled Tubing Drilling - CTD)

Referncia: Journal of Petroleum Technology, June, 1997

Figura 8.4: Esquema de um sietma de perfurao com flexitubo

Perfurao Sub-balanceada (Under Balanced Drilling - UBD)

Referncia: Bennion, D.B., Thomas, F.B., Bietz, R.F., and D.W. Bennion:Underbalanced Drilling, Praises and Perils, paper SPE 35242 of the proccedings of the SPE Permian Basin Oil & Gas Recovery Conf., Midland (TX), Mar. 27-29, 1996.

Figura 8.5: Esquema de um BOP rotativo.


Referncias

1. Bourgoyne, A.T., M.E. Chenevert, K. Milheim, and F.S. Young: Applied Drilling Engineering, SPE Textbook Series, Richardson, Texas (1986).

2. Economides, J.E., L.T. Watters, and S. Dunn-Norman: Petroleum Well Construction, John Wiley & Sons, 1998.

3. Baker, R.: A Primer of Oilwell Drilling, 4th ed., Petroleum Extension Service, The University of Texas at Austin,1979.

4. Baker, R.: A Primer of Offshore Operations, 2nd ed., Petroleum Extension Service, The University of Texas at Austin,1985.

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6. Drilling Technology: The Key to Successful Exploration and Production, J. of Petroleum Technology (SPE), pp. 44-51, Sept. 1999.

7. Lima, H.R.P.: Fundamentos de Perfurao, Apostila SEDES/CEN-NOR Petrobras.

8. Szliga, E.O e I.M. Ferreira: Controle de Erupo, Apostila SEDES/CEN-NOR Petrobras.

9. Almeida, A. C.: Manual de Perfurao, Petrobras, 1977.

10. Costa, F.S.M.: Modelagem do Comportamento Mecanico de Comandos Desbalanceados pelo Mtodo de Elementos Finitos, dissertao de mestrado do Departamento de Engenharia de Petrleo, UNICAMP, Campinas (SP), 1996.

11. Bird, R.B., R.C. Armstrong, and O. Hassager: Dynamics of Polymeric Liquids, John Wiley & Sons,

1987.

apostila de perfuração (1)

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