apostila_as133_técnicas de perfuração

TCNICO DE PERFURAO E POOSTCNICAS DE PERFURAO

Autor: Verim Hernandes Loureno Junior

TCNICAS DE PERFURAO

TCNICAS DE PERFURAO

Autor: Verim Hernandes Loureno Junior

Programa Alta Competncia

Este material o resultado do trabalho conjunto de muitos tcnicos da rea de Explorao & Produo da Petrobras. Ele se estende para alm dessas pginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experincia de anos de dedicao e aprendizado no exerccio das atividades profissionais na Companhia. com tal experincia, refletida nas competncias do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competncia, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a fora de trabalho s estratgias do negcio E&P. Realizado em diferentes fases, o Alta Competncia tem como premissa a participao ativa dos tcnicos na estruturao e detalhamento das competncias necessrias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material contribuir para a disseminao das competncias, de modo a facilitar a formao de novos empregados e a reciclagem de antigos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos as pessoas algo que exige sabedoria e dedicao. Este material um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que tm contribudo para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela . Programa Alta Competncia

Como utilizar esta apostila

Esta seo tem o objetivo de apresentar como esta apostila est organizada e assim facilitar seu uso. No incio deste material apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

ATERRAMENTO DE SEGURANA

Autor

Ao final desse estudo, o treinando poder: Identificar procedimentos adequados ao aterramento e manuteno da segurana nas instalaes eltricas; Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurana; Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurana e sua aplicabilidade nas instalaes eltricas.

Objetivo Geral

O material est dividido em captulos. No incio de cada captulo so apresentados os objetivos especficos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

Riscos eltricos e o aterramento de segurana

Ao final desse captulo, o treinando poder: Estabelecer a relao entre aterramento de segurana e riscos eltricos; Reconhecer os tipos de riscos eltricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas eltricos; Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurana e sua aplicabilidade nas instalaes eltricas.

Captulo 1

Objetivo Especfico

No final de cada captulo encontram-se os exerccios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exerccios esto nas ltimas pginas do captulo em questo.

Captulo 1. Riscos eltricos e o aterramento de segurana

Captulo 1. Riscos eltricos e o aterramento de segurana

1.4. Exerccios1) Que relao podemos estabelecer entre riscos eltricos e aterramento de segurana? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Tcnicas que abordam os cuidados e critrios relacionados a riscos eltricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incndio e exploso ( ) B) Risco de contato

1.7. Gabarito1) Que relao podemos estabelecer entre riscos eltricos e aterramento de segurana? O aterramento de segurana uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas eltricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Tcnicas que abordam os cuidados e critrios relacionados a riscos eltricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incndio e exploso (B) B) Risco de contato

Todas as partes das instalaes eltricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possvel prevenir, por meios seguros, os perigos de choque eltrico e todos os outros tipos de acidentes. Nas instalaes eltricas de reas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteo, como alarme e seccionamento automtico para prevenir sobretenses, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condies anormais de operao. Nas partes das instalaes eltricas sob tenso, (...) durante os trabalhos de reparao, ou sempre que for julgado necessrio segurana, devem ser colocadas placas de aviso, inscries de advertncia, bandeirolas e demais meios de sinalizao que chamem a ateno quanto ao risco. Os materiais, peas, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados aplicao em instalaes eltricas (...) devem ser avaliados quanto sua conformidade, no mbito do Sistema Brasileiro de Certificao.

(A)

Todas as partes das instalaes eltricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possvel prevenir, por meios seguros, os perigos de choque eltrico e todos os outros tipos de acidentes. Nas instalaes eltricas de reas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteo, como alarme e seccionamento automtico para prevenir sobretenses, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condies anormais de operao.

(B)

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( )

21(A)

Para a clara compreenso dos termos tcnicos, as suas3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: (V) (F) (V) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalao eltrica.

( )

Nas partes das instalaes eltricas sob tenso, (...) durante os trabalhos de reparao, ou sempre que for julgado necessrio segurana, devem ser colocadas placas de aviso, inscries de advertncia, bandeirolas e demais meios de sinalizao que chamem a ateno quanto ao risco. Os materiais, peas, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados aplicao em instalaes eltricas

Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques eltricos. Se uma pessoa tocar a parte metlica, no energizada, de um equipamento no aterrado, poder receber uma descarga eltrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. Em um choque eltrico, o corpo da pessoa pode atuar como um fio terra.

( )

(V)

3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurana

T

odas as Unidades de Explorao e Produo possuem um plano de manuteno preventiva de equipamentos eltricos (motores, geradores, painis eltricos, transformadores e outros).

A cada interveno Para a clara avaliam a nestes equipamentosrealizaotcnicos, as suas compreenso ou no da e dispositivos, os dos termos de inspeo mantenedores necessidade definies esto disponveis no glossrio. Ao longo dos nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. textos do captulo, esses termos podem ser facilmente Para que o aterramento de segurana possa cumprir identificados, pois esto em destaque. corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construdo. Alm disso, deve ser mantido em perfeitas condies de funcionamento.

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos eltricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque eltrico por contato indireto e de incndio e exploso.

49

3.1. Problemas operacionaisOs principais problemas operacionais verificados em qualquer tipo de aterramento so: Falta de continuidade; e Elevada resistncia eltrica de contato. importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 define o valor de 1Ohm, medido com multmetro DC (ohmmetro), como o mximo admissvel para resistncia de contato.

3.4. GlossrioChoque eltrico conjunto de perturbaes de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este percorrido por uma corrente eltrica. Ohm unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistncia eltrica. Ohmmetro instrumento que mede a resistncia eltrica em Ohm.

Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do contedo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografia ao final de cada captulo.

1.6. BibliografiaCARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo S. Aterramento de sistemas eltricos - inspeo e medio da resistncia de aterramento. UN-BC/ST/EMI Eltrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalaes e servios com eletricidade. Curso tcnico de segurana do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurana em unidades martimas. Comisso de Normas Tcnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalaes eltricas de baixa tenso. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteo de estruturas contra descargas atmosfricas. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurana em instalaes e servios em eletricidade. Ministrio do Trabalho e Emprego, 2004. Disponvel em: - Acesso em: 14 mar. 2008.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque esto presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.Manuais de Cardiologia. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educao. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Cincia. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

A caixa Voc Sabia traz curiosidades a respeito do contedo abordado de um determinado item do captulo.

atribudo a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observao de um fenmeno relacionado com a eletricidade esttica. Ele teria esfregado um fragmento de mbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado o mbar era capaz de atrair pequenos pedaos de palha. O mbar o nome dado resina produzida por pinheiros que protege a rvore de agresses externas. Aps sofrer um processo semelhante fossilizao, ela se torna um material duro e resistente.

Os riscos VOC SABIA? eltricos de uma instalao so divididos em dois grupos principais:

petrleo pelo pig de limpeza parafina. questes essenciais do Importante umtemperaturas do oceano, adasna seDevido s lembrete a parafi acumula baixas nas paredes da tubulao. Com o tempo, a massa pode contedo tratadovirno captulo. em um processo similar a bloquear o fluxo de leo, ao da arteriosclerose.

?

Uma das principais substncias removidas em poos de

1.1. Riscos de incndio e explosoIMPORTANTE! Podemos definir os riscos de incndio e exploso da seguinte forma: muito importante que voc conhea os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na Situaes associadas presena de sobretenses, sobrecorrentes, sua Unidade. Informe-se junto a ela! fogo no ambiente eltrico e possibilidade de ignio de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade esttica.

ATENO Os riscos de incndio e exploso esto presentes em qualquer instalao e muito importantetraduz principalmente em os seu descontrole se que voc conhea danos pessoais, procedimentos especficos para passagem de pig materiais e de continuidade operacional. em poos na sua Unidade. Informe-se e saiba quais so eles.

RESUMINDO...

Recomendaes gerais Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lanador; Aps a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; Lanadores e recebedores devero ter suas

ao da arteriosclerose.

IMPORTANTE! muito importante que voc conhea os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

J a caixa de destaque Resumindoconhea os verso compacta muito importante que voc uma procedimentos especficos para passagem de pig dos principais pontos abordados no captulo. em poos na sua Unidade. Informe-se e saibaquais so eles.

ATENO

RESUMINDO...

?

Recomendaes gerais Antes do VOC SABIA? carregamento do pig, inspecione o interior do lanador; Uma das principais substncias removidas em poos de Aps a retirada de um pig, a parafina. Devido s petrleo pelo pig de limpeza inspecione internamente baixasrecebedor de pigs; oceano, a parafina se acumula o temperaturas do nas paredes da tubulao. Com o tempo, a massa pode Lanadores e recebedores devero ter suas vir a bloquear o fluxo de leo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

Em Ateno esto destacadas as informaes que no IMPORTANTE! devem ser esquecidas. muito importante que voc conhea os tipos de pigde limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

ATENO muito importante que voc conhea os procedimentos especficos para passagem de pig em poos na sua Unidade. Informe-se e saiba quais so eles.

RESUMINDO...

Todos os recursos Antes do carregamento do pig, inspecione o didticos presentes nesta apostila tm interior do lanador; como objetivo facilitar o aprendizado de seu contedo. Aps a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; Lanadores e recebedores devero ter suas

Recomendaes gerais

Aproveite este material para o seu desenvolvimento profissional!

SumrioIntroduo Captulo 1. Fluidos de Perfurao1. Fluidos de Perfurao 1.1. Tipos de fluidos de perfurao1.1.1. Fluido base gua 1.1.2. Problemas de fluido (base gua) 1.1.3. Fluidos no-aquosos

19

23 2323 31 32

1.2. Aditivos1.2.1. Aditivos para fluido base gua 1.2.2. Aditivos para fluidos no-aquosos

3636 38

1.3. Propriedades fsico-qumicas dos fluidos1.3.1. Massa especfica (peso do fluido) 1.3.2. Viscosidade funil (marsh) 1.3.3. Propriedades reolgicas 1.3.4. Filtrado e reboco 1.3.5. Teor de slidos 1.3.6. Salinidade 1.3.7. Alcalinidades: Pm, Pf e Ph 1.3.8. Problemas causados com os fluidos durante a perfurao

3939 40 41 43 44 47 47 47

Captulo 2. Classificao dos Poos2. Classificao dos poos2.1.1. Quanto finalidade 2.1.2. Quanto profundidade 2.1.3. Quanto direo 2.1.4. Quanto ao dimetro

5555 58 58 60

Captulo 3. Tcnicas de Perfurao3. Tcnicas de perfurao 3.1. Perfurao no sistema balanceado (Near Balanced) 3.2. Perfurao sub-balanceada (Underbalanced Drilling)3.2.1. Vantagens e limitaes 3.2.2. Mtodos de perfurao sub-balanceada 3.2.3. Equipamentos do sistema sub-balanceado 3.2.4. Segurana 3.2.5. Aplicaes da perfurao sub-balanceada no Brasil

63 63 6774 79 83 100 102

Captulo 4. Perfurao Vertical e Direcional4. Perfurao vertical e direcional 4.1. Definio de verticalidade de um poo4.1.1. Valores de inclinao 4.1.2. Controle da verticalidade de poos

109 110111 112

4.2. Perfurao direcional4.2.1. Tipos de poos direcionais 4.2.2. Aplicao dos poos direcionais 4.2.3. Escolha do perfil do poo 4.2.4. Elementos e planejamento de um poo direcional 4.2.5. Equipamentos direcionais 4.2.6. Equipamentos de registros direcionais 4.2.7. Perfurao direcional com sistema steerable 4.2.8. Sistema rotary steerable 4.2.9. Sistema geosteering 4.2.10. Fases ou etapas da perfurao direcional 4.2.11. Coordenadas UTM da locao da sonda (base) e do objetivo 4.2.12. Coluna geolgica prevista 4.2.13. Anlise dos poos de correlao 4.2.14. Mapeamento dos poos da rea 4.2.15. Softwares para clculos de projetos 4.2.16. Definio das profundidades das sapatas dos revestimentos 4.2.17. Valores usuais para a definio de um projeto de perfurao direcional 4.2.18. Tolerncia de aproximao do objetivo 4.2.19. ngulo guia (lead) 4.2.20. Mtodos de clculo da trajetria realizada 4.2.21. Execuo do projeto 4.2.22. Acompanhamento da perfurao direcional 4.2.23. Recomendaes para projetos de poos direcionais 4.2.24. Recomendaes relativas trajetria 4.2.25. Recomendaes para aumentar o afastamento

113114 117 125 127 128 138 142 147 149 152 152 153 154 154 154 155 155 157 157 157 160 188 189 190 192

Captulo5. Outras tecnologias baseadas na perfurao direcional5. Outras tecnologias baseadas na perfurao direcional 5.1. Poos horizontais 5.2. Poos multilaterais5.2.1. Por que poos multilaterais 5.2.2. Nveis de complexidade 5.2.3. Sequncia da instalao da juno em um poo de nvel 5 5.2.4. Aspectos de controle de poo 5.2.5. Utilizao dessa tecnologia no Brasil

195 195 197200 202 209 212 218

5.3. Poos ERW5.3.1. Fatores que afetam a perfurao direcional em poos ERW

219220

5.4. Slim-hole ou microperfurao5.4.1. Tipos de perfurao delgada 5.4.2. Algumas consideraes gerais 5.4.3. Consideraes sobre segurana de poo durante a perfurao de poos delgados 5.4.4. Pistoneio durante as manobras 5.4.5. Preveno de kicks durante as conexes 5.4.6. Controle de kicks em poos delgados 5.4.7. Problemas nos poos delgados 5.4.8. Efeitos da densidade equivalente de circulao (ECD) 5.4.9. Planejamento de controle do poo 5.4.10. Decidindo sobre o procedimento de controle do poo 5.4.11. Deteco do influxo 5.4.12. Procedimentos na conexo 5.4.13. Utilizao no Brasil

222223 225 227 229 229 230 231 231 231 232 232 233 234

5.5. Poos HPHT5.5.1. Evoluo Tecnolgica 5.5.2. Principais Problemas com poos HPHT 5.5.3. Principais desafios de poos HPHT em guas profundas 5.5.4. Projetos de poo HPHT 5.5.5. Aspectos envolvendo controle de poo 5.5.6. Avaliao da temperatura 5.5.7. Avaliao das geopresses 5.5.8. Revestimento 5.5.9. Cimentao 5.5.10. Novas tecnologias envolvendo poos HPHT

235235 237 238 239 240 247 249 252 255 256

Exerccios Glossrio Bibliografia Gabarito

257 269 271 274

INTRODUO

N

este material iremos abordar a importncia de conhecermos as principais tcnicas de perfurao. Iremos explanar quais os tipos de perfurao em relao ao tipo de fluido usado, as funes do fluido de perfurao, quais os tipos de poos em relao sua direo, o tipos de construo dos poos quanto ao revestimento, distanciamento do objetivo, quanto temperatura das formaes e caractersticas quanto s suas presses de formao. Todo este contedo est sendo fornecido para fortalecer a sua atuao na execuo da perfurao de um poo de petrleo. Orientaes que sero passadas atravs da programao das fases de execuo tero de ser conhecidas, interpretadas a fim de aplicar as melhores formas de aplicar as tcnicas de perfurao. E, quando for execut-las, poder fornecer o retorno dos problemas que se est encontrando durante a perfurao, de modo a serem estudados meios para contorn-los. Para se falar a respeito de tcnicas de perfurao, algumas informaes bsicas devero ser relembradas. Exemplo os tipos de fluido, quais os equipamentos de uma sonda, quais os componentes de coluna e que tipos de poos desejamos executar. Comearemos, ento, fazendo uma reviso sobre esses tpicos.

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Fluidos de Perfurao

Captulo 1

Alta Competncia

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Captulo 1. Fluidos de perfurao

1. Fluidos de Perfurao

A

s tcnicas de perfurao em relao a Underbalanced, Balanced e Overbalanced esto diretamente ligadas ao peso especfico do fluido ou ao tipo de fluido utilizado na perfurao do poo.

1.1. Tipos de fluidos de perfuraoOs fluidos de perfurao so considerados a barreira primria de um poo. So classificados em: Base gua; Base orgnica (no-aquoso); Espuma; Ar comprimido. 1.1.1. Fluido base gua Os fluidos base gua so mais utilizados por serem: Mais baratos; Mais abundantes na natureza; Menos agressivos ao meio ambiente; Os tipos de fluidos base gua so os fluidos iniciais e os inibidos. a) Fluidos iniciais So fluidos no-inibidos, utilizados no incio dos poos, no qual as exigncias quanto as suas propriedades so mnimas, em funo da no-interao do fluido com os minerais das rochas.

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Alta Competncia

Principais fluidos iniciais: Fluido convencional; Fluido nativo; Fluido de baixo teor de slidos; gua doce ou gua do mar. Fluido convencional Composiogua doce Argila ativada Soda custica QSP 12 a 15 lb/bbl 0,5 lb/bbl

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PropriedadesPeso especfico Viscosidade 8,8 a 9,0 lb/gal 60 a 90 seg

Aplicaes: Perfurao de poos de grandes dimetros; Perfurao de areias e calcrios; Confeco de tampes viscosos.


Recomendaes: Misturar os produtos na sequncia indicada; Utilizar gua com salinidade de no mximo 5,000 mg/l; Verificar dureza e teor de clcio da gua de preparo; Verificar a validade da argila prazo: 06 meses. Fluido nativo o que utiliza a argila presente nas formaes atravessadas pela broca, sendo necessria apenas a adio de gua para manuteno da viscosidade e do peso. um fluido de baixo custo, visto no ser necessria a adio de produtos qumicos. Fluido de baixo teor de slidos Composiogua doce Polmero doador de viscosidade Argila ativada Soda custica QSP 0,5 a 1,0 lb/bbl 4,0 a 6,0 lb/bbl 0,5 lb/bbl

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PropriedadesPeso especfico Viscosidade 8,5 a 8,7 lb/gal 45 a 60 seg

Aplicaes: Perfurao em zonas de baixo gradiente de presso (frgeis); Perfurao em zonas com perda de circulao parcial.

Alta Competncia

Recomendao: So semelhantes s do fluido convencional.

IMPORTANTE! Em funo do custo desse tipo de fluido, utiliz-lo somente em situaes nas quais o peso do fluido deva ser o mais baixo possvel.

gua doce ou salgada

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gua doce: perfurao na rea terrestre; gua salgada: perfurao na rea martima em funo da abundncia desse fluido. Aplicao: Perfurao em poos com ocorrncia de perda total de circulao. Nesse caso, injeta-se fluido viscoso nas conexes para evitar sedimentao de detritos sobre a broca. b) fluidos inibidos So fluidos que tm pouca ou nenhuma interao com as argilas presentes nas formaes atravessadas pela broca durante a perfurao. Essa inibio pode ser de natureza qumica ou fsica. Os fluidos inibidos so divididos em: Fluidos base gua; Fluidos base orgnica.


IMPORTANTE! A inibio dos fluidos base gua sempre menor do que a inibio dos fluidos base leo. Quando se tm argilas muito sensveis presena de gua, problemas na perfurao so frequentes, e a continuidade da operao s ser possvel com a utilizao dos fluidos base leo. Os tipos de argilas mais comuns so: Esmectita elevado grau de inchamento em presena de gua; Ilita; Clorita; Caolinita pouca reatividade com gua, porm desprende-se da rocha com facilidade, causando obstruo dos poros desta; Camada mista.

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Estrutura da formao argilosa do grupo das montmorilonitas

Alta Competncia

IMPORTANTE! Formaes argilosas tornam-se instveis na presena de alguns tipos de fluidos de perfurao base gua, causando srios problemas durante a perfurao, principalmente quando essa argila do grupo das montmorilonitas. Os principais problemas so: Enceramento da broca; Anis de obstruo no espao anular;

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Fechamento do poo; Desmoronamento; Priso da coluna de perfurao; Alargamentos do poo. Principais fluidos inibidos base gua so: Fluido base cloreto de sdio tratado com polmero; Fluido base cloreto de potssio tratado com polmero; Fluido base cloreto de potssio com poliacrilamida; Fluido a base cloreto de potssio com polmero catinico.


c) Fluidos salgados So fluidos cuja inibio proveniente dos ctions fornecidos pelos sais. Classificao em funo da salinidade:baixa salinidade mdia salinidade alta salinidade saturado salinidade de 10.000 at 40.000 ppm de 40.000 at 70.000 ppm de 70.000 at 311.300 ppm de 311.300 ppm

Os sais mais utilizados na confeco dos fluidos salgados so: o cloreto de sdio (NaCl) e o cloreto de potssio ( KCl ). O cloreto de sdio, em funo do seu preo mais baixo e da sua disponibilidade na natureza; e o cloreto de potssio, em funo do grande poder de inibio apresentado por ele. Fluido base cloreto de sdio tratado com polmero O sal comum (cloreto de sdio), de frmula qumica NaCl, em presena de gua, dissocia-se em: Na+ e Cl-

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O ction Na+ o responsvel pela inibio das argilas presentes nas formaes perfuradas. Aplicao: Perfurao de formaes argilosas; Perfurao martima, na qual o abastecimento de gua industrial difcil e oneroso; Perfurao de formaes com presena de sal.

Alta Competncia

Composio X Concentrao:Composiao bsica gua doce Argila ativada Soda custica Amido Polmero de baixa viscosidade Cloreto de sdio (NaCl sal comum) Bactericida Baritina Concentrao QSP 5,0 a 8,0 lb/bbl 1,0 a 1,5 lb/bbl 6,0 a 8,0 lb/bbl 2,0 a 2,5 lb/lbb 14,0 a 16 lb/lbb 5,0 gal/ 100 bbl em funo do peso desejado

Fluidos base cloreto de potssio tratado com polmero So fluidos no-dispersos, com inibio fsica fornecida pelos polmeros e inibio qumica fornecida pelo sal. O on potssio atua como um eficiente inibidor de inchamento e disperso de argilas. O sal de potssio, de frmula qumica KCl, em presena de gua, dissocia-se em: K+ e Cl-

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sendo o ction Cl+ o principal responsvel pela inibio das argilas presentes no poo. Composio X ConcentraoComposiao bsica gua doce xido de magnsio Amido Polmero de baixa viscosidade Polmero catinico Cloreto de potssio (KCl) Bactericida Calcrio fino Baritina Concentrao QSP 0,8 a 1,0 lb/bbl 6,0 a 8,0 lb/bbl 2,0 a 2,5 lb/lbb 6,0 a 8,0 lb/bbl 18,0 a 20,0 lb/lbb 5,0 gal/ 100 bbl 10,0 a 15 lb/lbb em funo do peso desejado


1.1.2. Problemas de fluido (base gua) Os principais problemas com fluidos base leo so: Converso do fluido de polmeros; Fluido no dimensionado para altas temperaturas; Alto teor de slidos; Descontrole da reologia: Gelificao; Decantao de barita.

31 Separao de fases; Descontrole do filtrado; Qualidade de produtos.

Sobrenadante

Disperso Baritina

Separao de fases

Alta Competncia

1.1.3. Fluidos no-aquosos Os fluidos no aquosos tambm so conhecidos como fluidos de emulso inversa, e so classificados em: Fluido base leo diesel fora de uso; Fluido base parafina; Fluido base ster; Fluido a base glicol. a) Fluido base leo

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Os fluidos so ditos base leo quando a fase contnua ou dispersante constituda por leo e a fase dispersa, por gua salgada adicionada sob forma de minsculas gotculas, emulsionadas pela ao tensoativa de um surfactante especfico. Esses fluidos so tambm conhecidos como fluidos de emulso inversa. Os demais componentes dos fluidos base leo so: emulsificantes (primrio, secundrio), saponificantes e alcalinizantes, redutores de filtrado, agentes de molhabilidade, dispersantes e gelificantes e adensantes. Composio bsica: leo sinttico, leo mineral ou parafina; Emulsificante primrio; Emulsificante secundrio; Agente de molhabilidade; Controlador de filtrado; xido de clcio;


Salmoura (gua + sal); Argila organoflica; Adensante. Principais caractersticas dos fluidos base leo: Baixssima solubilidade das formaes de sal, tais como halita, silvita, taquidrita, carnalita e anidrita; Atividade qumica controlada pela natureza e pela concentrao do eletrlito dissolvido na fase aquosa; Alta capacidade de inibio em relao s formaes argilosas hidratveis; Alto ndice de lubricidade ou baixo coeficiente de atrito; Resistncia a temperaturas elevadas at 400 F; Baixa taxa de corroso; Amplo intervalo para variao do peso especfico, isto : 7,0 lb/ gal at 18,0 lb/gal. Aplicao: Poos profundos com elevados gradientes geotrmicos, cujas temperaturas superam 300 F; Rochas solveis em gua, tais como os evaporitos e domos salinos; Poos direcionas e horizontais; Rochas hidratveis e plsticas, como folhelhos e argilitos;

33

Alta Competncia

Poos com baixa presso de poros ou baixo gradiente de fratura; Formaes produtoras danificveis por fluidos base gua; Poos que geram ambientes corrosivos; Liberao de coluna. Limitaes do uso: Poo com perda de circulao; Sondas que no possuam sistema de remoo de slidos adequados;

34 Descarte dos cascalhos em locais projetados especificamente para esse fim. Principais contaminantes: gua; Slidos. b) Fluidos Aerados o fluido cujo ar atmosfrico ou um gs inerte utilizado em parte ou no todo como fluido de perfurao. Tipos de fluidos aerados: Ar puro ou um gs tipo N2, CO2; Espuma.


Principais caractersticas: Baixo peso especfico (0,3 lb/gal at 7 lb/gal); Uso de ar ou gs como componente.

IMPORTANTE! O uso de equipamentos especiais, tais como: compressores, booster, medidores de vazo e outros tornam muito restrita a utilizao desses fluidos, em funo dos custos elevados desses equipamentos. Composio:

35 gua; Argila ativada; KCl; Soda custica; Inibidor de corroso espumante; Polmero. Aplicao: Perdas de circulao severas; Minimizao de danos formao; Aumento da taxa de penetrao.

Alta Competncia

1.2. AditivosH os aditivos para fluidos base gua e para fluidos no-aquosos. 1.2.1. Aditivos para fluido base gua a) Doadores de viscosidade Argila ativada (nome comercial: bentonita); Polmero de alto peso molecular (CMC AVAS); Goma xantana; b) Doadores de alcalinidade (Ph) Soda custica; Potassa custica; Cal viva / cal hidratada. c) Redutores de filtrado Amido de mandioca, amido de milho; Polmero de baixo peso molecular (CMC - ADS); Hidroxipropilamido (HPA). d) Inibidores de argila Polmeros catinicos; Cloreto de sdio (NaCl);

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Cloreto de potssio (KCl); Poliacrilamida. e) Adensantes Sais diversos; Baritina; Hematita; Calcrio. f) Dispersantes

37 Lignossulfonato; Polmeros de baixo peso molecular. g) Liberadores de coluna cidos graxos Pipe lax; Free pipe; Ez-spot. h) Preventor de enceramento de broca Detergente; Antiespumante.

Alta Competncia

j) Bactericida Triazina; Guaternrio de amnio. k) Sequestrador de gs sulfdrico Esponja de ferro; xido de zinco. l) Redutor de frico Lubrificante

381.2.2. Aditivos para fluidos no-aquosos Parafina, biodiesel e leo diesel (em desuso); cidos graxos; Surfactantes; Redutores de filtrado; Argila organoflica; Baritina e hematita; Cloreto de clcio ou cloreto de sdio; Calcrios fino e mdio; xido de clcio (cal viva).


1.3. Propriedades fsico-qumicas dos fluidosPropriedades Tpicas do Fluido Base gua HPHT so:Peso Especfico Viscosidade Plstica Limite de Escoamento Gis Slidos Filtrando HPHTH pH 16,0 - 19,0 lb/gal 25 - 50 cP 18 -30 lb/100 pes2 9/14 - 15/26 lb/100 pes2 30 a 38% < 15 ml 11-13

A seguir sero descritas algumas propriedades fsico-qumicas dos fluidos. 1.3.1. Massa especfica (peso do fluido) Fisicamente, a massa de fluido por unidade de volume ATENO No campo, conhecida como peso do fluido. O equipamento utilizado para a sua medio a balana densimtrica.

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Balana densimtrica

Visor de nvel

Alta Competncia

Escala de densidade em lb/gal

Marcao para densidade da gua

muito importante a verificao da calibrao da balana. a) Problemas relacionados ao peso do fluido Peso do fluido insuficiente: Desmoronamento das paredes do poo;

40 Kick; Fechamento do poo. Peso do fluido excessivo: Priso de coluna por diferencial de presso; Perda de circulao parcial ou total; Reduo na taxa de penetrao. 1.3.2. Viscosidade funil (marsh) A viscosidade a propriedade do fluido que sofre maior influncia das variaes de temperatura e presso em um poo. A temperatura pode ultrapassar os 300 F no fundo para em seguida ser bruscamente resfriado para menos de 70 F ao passar pelo riser ou kill/choke em lminas d gua profundas.


A viscosidade do funil uma medida prtica da variao da viscosidade do fluido. Essa medida consiste na determinao do tempo gasto pelo fluido para escoar atravs de um orifcio existente na parte inferior do funil e preencher um caneco at a marca de de galo (950 ml) ou 1000 ml.

6

FUNNEL 12 One quart line

CUP Measured orifice (3/16 ID) 2

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Teste para viscosidade em funil (marsh)

1.3.3. Propriedades reolgicas A reologia trata da deformao e do escoamento dos fluidos quando submetida ao de uma fora. Estuda as relaes entre a tenso de cisalhamento e a razo de deformao, que definem as condies de escoamento de um fluido.

Viscosmetro FANN - Modelo 35 A

Alta Competncia

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Caractersticas do viscosmetro FANN modelo 35 A

Classificao reolgica dos fluidos: Fluidos newtonianos: existe uma relao linear entre a tenso cisalhante e a taxa de deformao; Fluidos no-newtonianos: so aqueles cuja viscosidade varia de acordo com a taxa de deformao.


No grupo dos fluidos no-newtonianos, destacam-se: Fluidos plsticos: caracterizados pela existncia de um limite de escoamento, isto , torna-se necessrio um mnimo de tenso de cisalhamento para que o escoamento seja iniciado; Fluidos pseudo-plsticos: so aqueles cuja viscosidade aparente diminui medida que aumenta a taxa de deformao; Fluidos dilatantes: so aqueles cuja viscosidade aparente aumenta medida que aumenta a taxa de deformao. 1.3.4. Filtrado e reboco O filtrado API o volume de lquido (filtrado) coletado numa proveta durante 30 min, a uma presso de 100 psi. Ele recomendado para fluidos base gua. O reboco um material que fica depositado na parede do poo devido perda do fluido em frente s formaes permeveis.

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Filtro Prensa API

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O filtrado HPHT o volume de lquido (filtrado) coletado numa proveta, durante 30 min, a uma presso de 500 psi e a uma temperatura de 300 F.

44Filtrado prensa HTHP

1.3.5. Teor de slidos O teste de retorta consiste na destilao de um volume de 10 ml de fluido, no perodo de 30 min, obtendo-se as fraes de gua, leo e slidos.

Kit retorta


Kit para determinao do teor de areia

Teste do MBT (Methilene Blue Test) Esta a tcnica do azul de metileno (MBT), que tem como objetivo analisar volumetricamente, por adsoro, a quantidade de slidos ativos ou bentonticos presentes no fluido de perfurao. Sua vantagem a rapidez e o baixo custo de execuo, alm de poder fornecer indiretamente informaes sobre a superfcie especfica das rochas.

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Teste do BMT

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Classificao dos slidos perfurados:SLIDOS Inertes de baixa densidade Inertes da alta densidade Ativos da baixa densidade EXEMPLO areiam, calcrio, siltes baritina, hematita argilas plsticas

ATENO O teor de slidos deve ser controlado de forma bastante rigorosa em sistemas de altas densidade submetido a altas temperaturas, pois a presena de partculas finas de baixa densidade dificulta o controle das propriedades reolgicas.

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Alguns problemas causados pelos slidos incorporados ao fluido de perdurao durante a perfurao: Baixas taxas de penetrao; Reduo da potncia hidrulica na broca; Reduo da vida til da broca; Reduo da vida til dos componentes do sistema de circulao; Pouca eficincia dos tratamentos qumicos do fluido; Probabilidade de priso por diferencial de presso; Probabilidade de perda de circulao por aumento da densidade do fluido; Maior custo na manuteno das bombas.


1.3.6. Salinidade Est diretamente relacionada inibio do fluido. Ela serve de contraste entre zonas de gua doce e zonas de leo identificadas atravs do perfil de resistividade. 1.3.7. Alcalinidades: Pm, Pf e Ph Pm = alcalinidade do fluido; Pf = alcalinidade do filtrado; pH = potencial de hidrognio. 1.3.8. Problemas causados com os fluidos durante a perfurao a) Perda de circulao ou perda de retorno a perda do fluido de perfurao ou da pasta de cimento para os espaos porosos, fraturas ou cavernas da formao, durante as operaes de perfurao.

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Alta Competncia

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Perda de circulao

Os tipos de perda de circulao so: Parcial quando, em condies normais de bombeio, retorna somente uma parte do fluido de perfurao que foi injetado; Total quando, em condies normais de bombeio, no h retorno do fluido de perfurao que foi injetado. Existem diferentes causas das perdas de circulao, dentre elas destacam-se:


Naturais Presena de cavernas; Infiltrao em rochas de alta permeabilidade; Ocorrncia de fraturas naturais. Induzidas Peso do fluido superior ao gradiente de fratura da rocha; Bloqueio do espao anular por argilas . Os mtodos utilizados ao combate das perda de circulao so:

49 Tampo de material de perda; Tampo de cimento; Tampo de cimento com bentonita; Tampo de silicato com cloreto de clcio; Aumento da viscosidade do fluido; Reduo do peso do fluido. b) Priso da coluna Durante a operao de perfurao, a coluna de perfurao pode ficar presa, ocasionalmente, o que impede o seu movimento para cima e/ ou para baixo.

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A coluna de perfurao poder ficar presa por : Acunhamento; Desmoronamento; Priso por diferencial de presso; Chaveta. A priso da coluna ocorre: Durante descida da coluna aps troca de broca; Durante queda de objetos estranhos no poo;

50 Quando h desmoronamento; Durante o fechamento do poo; Durante a retirada da coluna com arraste elevado (Drag); Quando ocorre presso hidrosttica elevada. Desmoronamento queda das paredes do poo. Areia; Folhelho. Fechamento reduo do dimetro na parte superior do poo. Inchamento de argila; Presena de sal.


Diferencial de presso consiste na fixao da coluna parede do poo devido a uma fora causada pela diferena de presso entre a coluna hidrosttica do fluido e a presso de poros da formao. Ocorre geralmente em frente a formaes porosas e permeveis (arenitos) e em fluidos com alto filtrado e espessura de reboco.

IMPORTANTE! Aliado ao fluido nas perfuraes nearbalance (balanceada) underbalance necessrio o uso de equipamentos especficos para esta etapa do poo, alm do uso de fluidos de perfuraes com caractersticas prprias para este tipo de perfurao.

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Classificao dos Poos

Captulo 2

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Captulo 2. Classificao dos poos

2. Classificao dos poos

A

qui sero apresentadas as formas como podem ser classificados os poos e como definida a nomenclatura do poo. Os poos podem ser classificados quanto finalidade, profundidade e ao percurso.

2.1.1. Quanto finalidadeQuanto finalidade, um poo de petrleo deve ser classificado conforme a tabela abaixo.Finalidade Categoria Pioneiro Estratigrfico Extenso Pioneiro adjacente Jazida mais rasa Jazida mais profunda Desenvolvimento Injeo Nmero 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Explorao

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Explotao (lavra) Especial

Tipos de poos quanto finalidade

Mais adiante, veremos que a numerao atribuda categoria do poo ser importante para definir a nomenclatura do poo. a) Poo exploratrio aquele que tem por objetivo a descoberta de novos campos ou novas jazidas de petrleo, a avaliao das reservas e sua extenso ou simplesmente a obteno de novos dados para complementar as avaliaes geolgicas. Os poos exploratrios subdividem-se em nos poos descritos a seguir.

Alta Competncia

Poo pioneiro (tipo 1) o primeiro poo perfurado numa rea (num futuro campo, caso seja descoberto leo) em busca de jazida. A locao do poo feita aps anlise dos dados obtidos por mtodos geolgicos e/ou geofsicos. Caso seja encontrada formao portadora de petrleo no poo, normalmente prossegue-se a perfurao at o embasamento, a procura de outras possveis zonas produtoras. Normalmente, nesses poos, a geologia solicita mais amostras de calha do que nos poos de desenvolvimento, e essas amostras so de importncia fundamental para a localizao de possveis zonas produtoras. Poo estratigrfico (tipo 2)

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um poo perfurado para estudo da coluna geolgica e dos fluidos contidos nas formaes de uma bacia sedimentar descoberta por mapeamento geolgico. A perfurao pode ir at o embasamento (rocha s que se encontra abaixo das rochas sedimentares). perfurado visando obteno de informaes sobre a disposio sequencial das rochas de subsuperfcie. Esses dados sero utilizados para programaes exploratrias posteriores ou estudos especficos. Poo de extenso ou delimitatrio (tipo 3) Tem por objetivo delimitar um campo ou um reservatrio j descoberto. perfurado com maior espaamento entre um e outro que os de desenvolvimento. A perfurao desse tipo de poo ocorre fora dos limites provados de uma jazida, visando ampli-la ou delimit-la. Poder resultar na descoberta de uma nova jazida, independente daquela para a qual foi locado. A delimitao pode ser feita antes, durante ou aps o desenvolvimento do poo.


Poo pioneiro adjacente (tipo 4) perfurado aps delimitao preliminar do campo, visando-se descobrir novas jazidas adjacentes. Caso se obtenha sucesso, esse poo implicar a descoberta de nova jazida. Se ficar provado que se trata da mesma jazida anterior, ser reclassificado como poo de extenso. Poo de jazida mais rasa ou mais profunda (tipo 5 ou 6) perfurado dentro dos limites do campo quando h suspeita da existncia de jazidas mais rasas ou mais profundas devido a novas informaes obtidas pela ssmica ou pela experincia da rea. b) Poo explotatrio ou de lavra perfurado com o objetivo de extrair o hidrocarboneto da rochareservatrio. Classifica-se em: Poos de desenvolvimento (tipo 7) aquele perfurado dentro dos limites do campo para drenar racionalmente o petrleo a partir dos testes realizados nos poos pioneiro e pioneiros adjacentes. Caso haja petrleo, estudada a viabilidade econmica do reservatrio de leo ou gs. Os poos de desenvolvimentos so perfurados de acordo com o mapeamento geolgico da rea e das informaes dos poos postos em produo previamente. Os poos em desenvolvimento so normalmente perfurados pelo menos trinta metros abaixo da zona produtora ou do ltimo indcio de hidrocarboneto. Esses trinta metros permitem a perfilagem de toda a zona produtora e possibilitam deixar um saco no revestimento abaixo da zona produtora para a queda de eventuais peixes ou decantao de areia, sem prejudicar a produo.

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Poos de injeo (tipo 8) Poo perfurado com a inteno de injetar fluido na rocha-reservatrio para ajudar na recuperao de petrleo. Aps o incio da produo de petrleo de um campo, o reservatrio sofre uma queda de presso, tornando-se necessrio injetar gua para manter a presso desse reservatrio. Outra situao na qual se faz necessrio injetar um fluido quando o petrleo encontrado bastante viscoso e difcil de sair. Nesse caso, injeta-se vapor dgua. c) Poo especial Poo perfurado para outras finalidades que no a explorao ou a explotao, como, por exemplo, a produo de gua, poo direcional para combate de blowout, tambm chamado poo de alvio etc. 2.1.2. Quanto profundidade Quanto profundidade final, os poos de petrleo so classificados em: Raso quando a profundidade final no ultrapassa os 1 000 metros; Profundidade mdia profundidade entre 1 000 metros e 2 500 metros; Profundos quando a profundidade total ultrapassa os 2 500 metros. 2.1.3. Quanto direo Sabemos, desde o final da dcada de 20, que um poo de petrleo nunca perfeitamente vertical.

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So vrios os fatores que influenciam a direo do poo: dureza das formaes a serem atravessadas, inclinao e direo das camadas de rocha, bem como caractersticas da coluna que se est empregando na perfurao. O estudo desses fatores no nos interessa nesse momento; o importante termos em mente que o poo descreve uma trajetria diferente da vertical que passa pela sonda de perfurao. Quanto direo, os poos podem ser classificados em vertical, direcional, horizontal e radial. a) Vertical Vamos chamar de ALVO ou OBJETIVO de um poo o ponto resultante da interseco da reta vertical que passa pela locao da Geologia na superfcie com o plano que passa pela rocha-reservatrio. Um poo dito VERTICAL se a sonda e o alvo esto situados na mesma reta vertical. A inclinao e a direo devem ser controladas para que o poo atinja a rocha-reservatrio dentro do limite tolerado pela Geologia. Essa tolerncia definida por um cilindro vertical de raio R. Como parmetro, considera-se que o ngulo formado entre a linha imaginria que passa pelo incio e o fim do poo e a vertical no ultrapassasse os 8. Esse ngulo pode ser reduzido em campos maduros (com reduo de malha) para no interferir em outros poos. b) Direcional Trata-se do poo que desviado propositadamente da vertical com o objetivo de atingir um alvo situado distante da projeo do poo. Os poos direcionais podem ser naturais, quando as formaes apresentam forte tendncia de ganho de ngulo durante a perfurao. Aproveita-se a tendncia da formao e desloca-se a base para que o poo seja atingido sem qualquer correo ou necessite apenas de pequenas correes. Quando a formao no apresenta tendncia de ganho de ngulo, usam-se equipamentos e tcnicas para desviar o poo, de acordo com o projeto.

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c) Horizontal Trata-se de um caso particular de poo direcional. aquele que permanece um longo trecho na horizontal ou muito prximo da horizontal. Na indstria do petrleo, esse poo utilizado para maior drenagem do petrleo por um nico poo, pois a parte horizontal fica dentro da zona produtora. d) Radial (Multilaterais) Constata-se quando, a partir de um nico poo, partem vrios ramos em diferentes direes para drenarem melhor o reservatrio. Esses ramos (trechos de poos) podem inclusive ser horizontais para uma drenagem ainda melhor. 2.1.4. Quanto ao dimetro Os poos podem ser classificados, quanto ao dimetro, em convencional ou micropoo. a) Convencional Um poo considerado convencional, quanto ao dimetro, quando os dimetros utilizados so aqueles que permitem a descida dos revestimentos que normalmente so usados na produo do poo. Os dimetros mais comuns das brocas so 26, 17 1/2, 12 1/4, 8 1/2 ou 8 3/4. b) Micropoo aquele em que so usados dimetros inferiores aos convencionais e, muitas vezes, usada a microperfurao apenas em poos pioneiros, barateando, com isso, a perfurao destes e permitindo assumir riscos

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Tcnicas de Perfurao

Captulo 3

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Captulo 3. Tcnicas de perfurao

3. Tcnicas de perfurao

A

presso hidrosttica do fluido de perfurao no poo pode ser igual, maior ou menor do que a presso da formao perfurada. Quando a coluna hidrosttica de fluidos igual presso da formao perfurada diz-se que o poo est balanceado (balanced). Quando ela menor do que a presso das formaes, diz-se que o poo est sub-balanceado (underbalanced). E quando a coluna hidrosttica de fluidos maior do que a presso da formao perfurada de forma a impedir que os fluidos da forma venham a invadir o poo, mesmo quando h uma parada da circulao do fluido, fala-se que o poo est sobrebalanceado (overbalanced). A tcnica underbalanced admitida em perfuraes de poos, pois ela permite a penetrao de fluidos da formao no interior do poo. A perfurao deve ser sempre conduzida por um fluido de peso/ densidade que propicie a presso apropriada para manter os fluidos da formao distantes do poo, exceto nos casos em que a perfurao for underbalanced. Na Petrobras, a tcnica mais utilizada na perfurao de poos a over balance, ou seja, quando a presso do fluido no poo maior do que a das formaes. Isto significa que todas as paredes do poo e a formao estaro sofrendo um sobre presso.

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3.1. Perfurao no sistema balanceado (Near Balanced)A Managed Pressure Drilling (MPD) uma nova tecnologia para reduo de tempos no produtivos e aumento da segurana operacional. Nos ltimos cinco anos, o desenvolvimento e a utilizao dos sistemas de gerenciamento de presso de fundo (Managed Pressure Drilling MPD) aumentaram consideravelmente no mundo. Essa tecnologia vem sendo utilizada por vrios operadores tradicionais, como Shell e Chevron, para a identificao de problemas tradicionais de perfurao, como a perda de circulao, kicks, balooning, fechamento de poo, poos de alta temperatura etc. O objetivo dessa tcnica reduzir o nmero de paradas durante a fase de perfurao do poo,

Alta Competncia

ou, pelo menos, reduzir consideravelmente o tempo no produtivo (NPT). Atualmente, vrios conceitos diferentes foram propostos e desenvolvidos, mas somente poucos foram testados no campo. Com o intuito de avaliar os benefcios potenciais da tecnologia e a identificao dos problemas relacionados a geopresses, quatro testes de campo foram programados para essa categoria de MPD, MicroFlux Control method, que derivada da perfurao sub-balanceada. Os trs primeiros, realizados na UN-RNCE, nos campos Leste de Baixo do Juazeiro, Riacho da Forquilha e Marizeiro, sendo o primeiro o pioneiro desta tecnologia (MPD), com atuao automtica, no mundo. Os poos foram selecionados com nvel crescente de dificuldade, com o terceiro teste em um poo de gs, com 4 500 m de profundidade, considerado profundo para a rea. Foram perfurados no total 7 000 metros nas fases de 12 1/4" e 8 1/2", com uso de fluido sinttico e base gua, intercalando com operaes de testemunhagem e detectando e controlando na superfcie, no terceiro poo, um influxo de gs, sem downtime. O quarto teste foi realizado em perfurao de poo exploratrio em arenito fechado na UN-ES (1-ESS-185D), com foco na reduo de dano formao. Durante este teste foram detectados vrios pacotes de gs, anteriormente indetectveis, controlado por um kick automaticamente com atuao do sistema (com sistema de segurana atuando para no ultrapassar o limite mximo de operao), permitindo a otimizao do peso de lama com aumento de peso somente quando efetivamente necessrio e por fim o aprofundamento do poo, inicialmente previsto para 4 100 metros, at 4 850 metros. No total foram perfurados 1 800 metros com o sistema na fase de 8 1/2". Devido ao sucesso do uso do sistema, na fase de 8 1/2", decidiu-se aprofundar o poo, sem uso do sistema at 5 100 metros, profundidade nunca antes alcanada nesta rea. Atualmente esto em execuo os preparativos para utilizao do sistema em poo exploratrio, 1-SCS-13, a ser realizado pela SS-48. Esta ser a primeira operao com o sistema adaptado para perfurao offshore em sonda flutuante na Petrobras.

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Esquema de planta de perfurao balance ou MPD

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Tela de controle do sistema de perfurao balanceada ou MPD

Alta Competncia

Planta de controle do retorno (chokes automticos)

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Planta de controle do retorno (manifold e chokes automticos)


67Tela de controle do sistema de perfurao balanceada ou MPD

3.2. Perfurao sub-balanceada (Underbalanced Drilling)A perfurao no modo sub-balanceado ocorre (segundo definio do Alberta Energy and Utilities Board ID 94-3) quando a presso hidrosttica do fluido de perfurao no fundo do poo intencionalmente menor do que a presso de poros da formao perfurada. A presso hidrosttica do fluido de perfurao no fundo do poo pode ser naturalmente menor do que a presso de poros da formao perfurada, ou isto pode ser induzido. O estado induzido pode ser obtido injetando gs natural, nitrognio ou ar na fase lquida do fluido de perfurao. Natural ou induzida, a perfurao sub-balanceada causa a produo de fluidos das formaes para o poo (minimizando as bem conhecidas e danosas consequncias da invaso do fluido de perfurao nas formaes, formando a chamada regio de filtrado da lama de perfurao). As figuras a seguir mostram esquematicamente a perfurao convencional (sobrebalanceada) e a sub-balanceada respectivamente:

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Filter

Drilling Fluid Flow

Flui

d

FluiDrilling Fines Migration

d

Fluid Leakoff

Fracture Formation Fines Production

Perfurao Convencional (sobrebalanceada)

Oil & G

as Flow

Drilling Fluid Flow

FractureOil & G as Flow

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Formation Fines Production

Perfurao Sub-balanceada

Talvez o maior desenvolvimento ocorrido na tecnologia de perfurao nos ltimos anos tenha sido na rea da tcnica UBD underbalanced drilling (perfurao sub-balanceada). Atualmente o estgio de evoluo da perfurao sub-balanceada comparvel ao estgio no qual estava a tecnologia de poos multilaterais h 5 anos, e a de poos de longo alcance h 10 anos. O mercado para a tcnica UBD est crescendo devido a processos e tecnologias desenvolvidas recentemente. A figura abaixo ilustra a evoluo do nmero de poos perfurados nos EUA no modo subbalanceado:


A razo para este crescimento talvez esteja ligado ao fato de que muitos campos produtores de gs e leo pelo mundo afora estejam maduros. Desta forma, com a eliminao dos danos formao provocados pela perfurao convencional, muitos destes campos tornam-se viveis economicamente, j que a vazo de produo esperada superior vazo de um poo danificado (como ocorre na perfurao convencional), o que eleva o Valor Presente Lquido (VPL) do poo devido a um fluxo de caixa mais vantajoso. Outros aspectos importantes a ser considerados: Com a produo de fluidos das diferentes camadas estratigrficas atravessadas durante a perfurao, formaes portadoras de leo e no previstas (antes da perfurao) podem ser descobertas; A produo de leo durante a perfurao sub-balanceada pode pagar parcialmente os gastos com a prpria etapa de perfurao; H a reduo de gastos futuros com trabalhos de estimulao no poo, j que os danos as formaes so reduzidos. At 1997, a aplicao da tcnica se restringia a poos em terra (mais de 10 mil poos foram perfurados no modo sub-balanceado na

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Amrica do Norte nos campos de Austin-Chalk nos EUA e Canad). Nesta poca, foram perfurados os primeiros poos no mar em guas rasas, a partir de sondas fixas (plataformas fixas e autoelevveis ou jack-ups). Devido aos elevados custos de explorao e desenvolvimento de campos de leo em guas profundas e ao crescente interesse das companhias produtoras neste tipo de campo graas a aspectos econmicos, de se esperar que haja um crescimento acentuado da tcnica UBD, j que os ndices de produtividade (IP) alcanados em poos UBD tornariam economicamente viveis vrios projetos de desenvolvimento destes campos. O progresso no mercado para a perfurao UBD, no entanto, s tem sido possvel graas aos avanos tecnolgicos em equipamentos para o controle rotativo de presso, projetos de fluidos leves, modelamento matemtico da hidrulica do poo (a presso de circulao no fundo do poo, BHCP Bottom Hole Circulating Pressure, um item de controle importantssimo no processo, torna-se fundamental a previsibilidade da BHCP atravs da simulao computacional dos escoamentos multifsicos que ocorrem no poo), aquisio de dados de processo e reduo no tamanho e peso dos separadores de superfcie e unidades de compresso. A tcnica UBD normalmente utilizada juntamente com perfurao atravs de flexi-tubo (coiled tubing) para evitar-se conexes (de elementos da coluna de perfurao a ser descida) durante a perfurao. A ausncia de paradas para a realizao de trabalhos de conexo, alm de aumentar a produtividade da perfurao (atravs da reduo do tempo de sonda), torna-se essencial na perfurao UBD. Durante uma conexo, com a parada das bombas de lama, as componentes de perda de carga (originadas no escoamento do fluido de perfurao pelo interior da coluna de perfurao e o seu retorno pelo espao anular entre a coluna e o revestimento ou poo juntamente com os fluidos produzidos) so eliminadas, o que provoca grandes variaes nas presses no fundo do poo, podendo comprometer o sucesso da perfurao. A tcnica UBD pode resultar em ganhos substanciais, porm a integrao entre as equipes de Engenharia envolvidas (estudos de

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reservatrio, projeto de perfurao, execuo e logstica) a fim de que a perfurao seja tratada como um processo (e no como etapas isoladas a serem implementadas) aumenta as chances de sucesso, garantindo os resultados previstos no EVTE (Estudo de Viabilidade Tcnica e Econmica). O sucesso na aplicao da tcnica UBD est intimamente associado aos fatores diferenciadores e novas exigncias tecnolgicas relativas a esta. O controle de presso cauteloso, o desempenho e a natureza dos fluidos injetados, controle e tratamento de fluidos produzidos durante a perfurao, diferentes equipamentos usados em superfcie e no fundo, novos procedimentos operacionais, segurana e treinamento, podem representar dificuldades a sua aceitao entre os profissionais de perfurao. Os tipos de reservatrios especialmente beneficiados com essa tcnica so: Formaes calcreas fraturadas na medida que estas apresentam maior tendncia para a ocorrncia de perda de circulao; Reservatrios maduros e depletados com a reduo / eliminao dos danos formao, as vazes de produo sero maiores; Arenitos com argilosidade elevada pelo motivo citado acima, especificamente, no que se refere ao inchamento das argilas e bloqueio dos poros. Antes de qualquer projeto de perfurao, deve-se analisar uma srie de caractersticas das formaes e os problemas associados a estas, de forma a se escolher adequadamente o modo de perfurao a ser utilizado. Dentre as caractersticas a serem analisadas, destacam-se: Presso de formao reservatrios com presso de poros alta so candidatos em potencial ocorrncia de kicks e blowouts (erupes). Nestes casos, a perfurao sobrebalanceada (overbalanced drilling) recomendada. Baixas presses de poros

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(reservatrios depletados) so candidatas a danos de formao, perda de circulao e at mesmo reduo da taxa de penetrao. Nestas circunstncias, recomendado o uso de perfurao balanceada (nearbalanced drilling); Permeabilidade da formao altas permeabilidades podem causar perda de circulao, porm, podem tambm resultar num alto ndice de produtividade (IP), assim, a perfurao balanceada pode ser a melhor soluo. Formaes com baixa permeabilidade tm baixos ndices de produtividade. Alm disto, a possibilidade de ocorrncia de danos formao aumenta. Neste caso, o modo mais recomendado o da perfurao sub-balanceada; Consolidao da formao reservatrios consolidados tm baixa taxa de penetrao, fazendo com que a perfurao subbalanceada seja a melhor opo. Reservatrios inconsolidados so candidatos em potencial ao colapso do poo, mas tambm a danos formao. Assim, a perfurao balanceada apresenta-se como a melhor alternativa; Presena de argilas inchveis neste tipo de formao, a escolha da salinidade do fluido de perfurao pode ser a soluo mais simples. A perfurao sub-balanceada pode tambm ser escolhida como alternativa; Reservatrios naturalmente fraturados tm alta probabilidade de ocorrncia de perda de circulao e danos, fazendo com que o modo sub-balanceado seja o mais adequado; Reservatrios com presena de gs so candidatos em potencial ocorrncia de kicks e de blowouts, assim, a perfurao sobrebalanceada a recomendada; Presena de H2S pode causar corroso e blowouts. A perfurao sobrebalanceada a mais recomendada; Poo de injeo danos formao podem reduzir em muito o ndice de injetividade. A perfurao balanceada pode ser uma boa soluo;

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Incompatibilidade de fluidos pode haver vrias incompatibilidades entre a formao (e os fluidos contidos nesta) e o fluido de perfurao. Tais incompatibilidades causam danos formao. Se no for possvel conhecer-se a natureza destas incompatibilidades antes de se perfurar, recomendado que se perfure no modo sub-balanceado; Perfurao de folhelho espesso pode causar o colapso do poo. Perfurao sobrebalanceada deve ser escolhida; Perfurao de domo espesso de sal aumentam as possibilidades da ocorrncia de invaso do sal na lama do poo. recomendado que se use a perfurao sobrebalanceada; Perfurao de formaes muito duras a perfurao subbalanceada aumenta a taxa de penetrao;

73 Perfurao de aqufero se a presso do aqufero for alta, a gua do mesmo poder diluir o fluido de perfurao. Neste caso a perfurao sobrebalanceada deve ser escolhida. No entanto, se a gua do aqufero for usada para consumo, a melhor recomendao ser a de no se perfurar nesta rea. Se isto no for possvel, a perfurao sub-balanceada ser a soluo; Poo horizontal so bons candidatos ao colapso. Assim, a perfurao sobrebalanceada deve ser a primeira opo. Entretanto, se houver um bom estudo de reservatrio, conhecendo-se as direes principais das tenses tectnicas, pode-se optar pelo modo sub-balanceado no caso de completao a poo aberto, desde que estas direes principais no sejam ortogonais ao poo. A tabela a seguir apresenta um modo prtico de se escolher a tcnica de perfurao a ser utilizada. A soma dos pesos indica a potencialidade de cada modo de perfurao (OD para sobrebalanceada ou UD para sub-balanceada):

Alta Competncia

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CARACTERSTICA Alta presso de formao Baixa presso / reservatrio depletado Formao com alta permeabilidade Formao com baixa permeabilidade Reservatrio consolidado Reservatrio inconsolidado Arenito sujo (alto teor de argila ou intercalaes de folhelho) Reservatrio fraturado Reservatrio de gs Presena de H2S Poo injetor Incompatibilidade de fluidos Espessa seo de folhelho no reservatrio Domo espesso de sal no reservatrio Rochas duras ao longo do reservatrio Aqufero para consumo Aqufero com alta presso Poo horizontal com tenses tectnicas laterais Poo horizontal com tenses tectnicas longitudinais

OD 2 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 2 1 0 0 1 2 0

UD 0 2 2 2 2 1 2 2 0 0 1 2 1 0 2 2 0 0 1

3.2.1. Vantagens e limitaes Como mencionado anteriormente, a tcnica UBD pode melhorar consideravelmente a produtividade e, consequentemente, a economicidade de poos em reservatrios maduros (depletados), com problemas de perda de circulao, sensveis a fluidos e em formaes com baixa permeabilidade. Tambm vantajosa na perfurao de formaes muito duras, aumentando a taxa de penetrao e vida til das brocas, bem como aliviando a presso diferencial, o que reduz consideravelmente os riscos de priso (da coluna) por diferencial de presso.


As vantagens da tcnica UBD so descritas a seguir. a) Aumento da vazo de produo O ndice de produtividade real de um poo (relao entre a vazo de produo e o diferencial de presso a frente dos canhoneados) calculado como segue:

Onde: Q = Vazo de produo; Pe= Presso esttica do reservatrio; Pwf= Presso de fluxo a frente dos canhoneados; PS= Diferena de presso causada pelo dano formao. Com a reduo do dano causado pela infiltrao do fluido de perfurao na formao, observa-se um aumento na vazo de produo (para uma mesma presso de fluxo). A figura a seguir ilustra a sensibilidade da vazo de produo em funo do fator de dano (quanto maior o s, ou fator de dano, maior o PS):

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Alta Competncia

Exemplo do efeito do fator de dano na produtividade8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 250 0 5 10 15 20

Produo, bbl/dia

Tempo, anos

Valor acumulado de produo, $ milhes

200 150 100 50 0

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0

5

Tempo, anos

10

15

20

Fatores de dano : 0 / 2 / 10 / 30

b) Aumento do fator de recuperao O limite a ser praticado para a presso de fluxo no fundo do poo condicionado a fatores tcnicos (capacidade de vazo e presso de uma bomba centrfuga submersa, por exemplo) e econmicos (custos operacionais, preo do barril de petrleo etc). Com a eliminao dos danos formao, mantido um determinado limite para a presso de fluxo no fundo, a diferena efetiva de presso sobre a formao (denominador da equao para clculo do IP) no fim da vida produtiva de um poo sem dano ser maior. Isso causa uma produo acumulada maior por ocasio do fechamento do poo, aumentando assim o fator de recuperao de um determinado reservatrio de petrleo. c) Menores custos de estimulao Operaes de estimulao (acidificao, fraturamento hidrulico etc) so realizadas objetivando o aumento do ndice de produtividade do poo. Com a eliminao dos danos formao, os servios de estimulao podem ser postergados ao longo da vida produtiva


do poo. Alm disto, a probabilidade de sucesso aumenta j que a complexidade do tratamento reduzida (por exemplo, no h grandes riscos quanto adequao do fluido do tratamento aos fluidos e partculas slidas da zona de filtrado, pois ela praticamente no existe). d) Identificao imediata de hidrocarbonetos Durante a perfurao UBD, possvel a realizao de testes com os fluidos produzidos, o que uma grande vantagem em termos das estratgias de tomadas de deciso durante a perfurao. e) Aumento da taxa de penetrao Na perfurao convencional, quanto maior o overbalance (diferena entre a presso hidrosttica no fundo do poo e a presso de poros da formao), maior ser a fora que tende a manter o cascalho retido no fundo. No caso de brocas tricnicas, isso significa retrabalho devido ineficincia na limpeza dos cascalhos. No caso de brocas integrais, esta fora tambm aumenta a resistncia da rocha, reduzindo a taxa de penetrao. Na perfurao UBD, essa fora tem sentido contrrio (da formao para o poo), o que aumenta a taxa de perfurao. f) Reduz perdas de circulao A perda de circulao a perda de fluido de perfurao para vazios ou fraturas abertas nas formaes. Ela pode ser parcial ou total. Como a tendncia de que no haja invaso do fluido do poo na formao, no ocorrer perda de circulao (exceto em caso de erros operacionais ou imprevistos, como avaliao incorreta de formaes a serem perfuradas etc). Os prejuzos que isso causa (aumento do consumo de fluidos de perfurao e perda de produtividade operacional devido aos maiores tempos de sonda parada), indicam ganhos possveis com a tcnica UBD. g) Reduo no torque, drag e priso por diferencial de presso A invaso de fluidos de perfurao (filtrado) em formaes com folhelhos hidratveis pode causar o inchamento excessivo das argilas

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Alta Competncia

da formao, aumentando o torque e o drag sobre a coluna de perfurao e at mesmo provocar a priso da coluna. Quanto maior o filtrado, maior ser a espessura da camada de reboco, o que aumenta a tendncia de priso por diferencial de presso. Devido a todos estes fatos, um diferencial de presso da formao para o poo eliminaria estes inconvenientes. h) Aumento da vida til da broca Com a reduo do retrabalho dos cascalhos devido eficincia na limpeza dos mesmos e a maior facilidade em se quebrar as rochas perfuradas durante a perfurao sub-balanceada, de se esperar que a perfurao UBD provoque menor desgaste (no caso de brocas tricnicas) ou aumente a vida til (no caso das brocas integrais, que normalmente falham por fadiga na fixao dos seus elementos cortantes). medida que as tenses durante a perfurao so reduzidas, o nmero de ciclos para falha por fadiga aumenta. A seguir, sero listadas as principais limitaes da tcnica UBD. Inexperincia com fluidos aerados As equipes de perfurao no esto familiarizadas com este tipo de fluido. Um bom treinamento um fator essencial para o sucesso da tcnica. Economia Os custos relativos aos equipamentos e fluidos empregados so bem maiores do que na perfurao convencional. c) Estabilidade do poo Algumas formaes podem apresentar sensibilidade a condies de sub-balanceamento, podendo resultar em colapso do poo e perda do mesmo (at mesmo priso e abandono da coluna de perfurao).

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d) Inexperincia do pessoal operacional A tcnica UBD exige muita cautela na execuo da perfurao e tomadas de deciso em tempo real. A falta de conhecimento das equipes envolvidas na execuo de um projeto de perfurao subbalanceada pode comprometer o sucesso do mesmo. 3.2.2. Mtodos de perfurao sub-balanceada A seguir sero descritos alguns mtodos de perfurao sub-balanceada. a) De acordo com o tipo de sonda Os mtodos de perfurao podem ser realizados atravs de: Sondas equipadas com tubos de perfurao; Sondas equipadas com flexi-tubo. Na perfurao sub-balanceada com flexi-tubo, so possveis operaes contnuas sem as interrupes necessrias para a conexo de novos tubos de perfurao. Prevenindo, desta forma, os picos de presso causados pelas constantes operaes de ligar e desligar as bombas de lama. A circulao constante mantm a massa especfica equivalente de circulao (ECD) prxima a um valor constante e resulta em uma presso no fundo do poo mais uniforme. O contnuo movimento do fluido no fundo do poo minimiza a separao por gravidade do influxo de leo da formao do fluido de perfurao base gua e dos cascalhos mais pesados. Assim, o influxo de fluidos do reservatrio se d de maneira mais estabilizada. Outra caracterstica da perfurao com flexi-tubo a possibilidade de uma transmisso contnua de dados do fundo do poo, que possvel atravs de um cabo condutor que corre internamente ao flexi-tubo. Isso evita o problema comum em perfurao com fluidos aerados, que a transmisso de dados por pulsos de presso atravs de um fluido compressvel.

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Alta Competncia

A perfurao convencional com tubos de perfurao (drill pipes) continuar a ser usada na maioria dos servios de perfurao subbalanceada, pois a perfurao com flexi-tubo quase sempre mais cara, porm espera-se que o flexi-tubo aumente sua participao no mercado. b) De acordo com o equipamento de superfcie Dividem-se em: Perfurao em terra ou plataforma fixa; Perfurao com unidades flutuantes. Operaes no mar geralmente podem acomodar muito menos equipamentos suplementares de superfcie, comparativamente s operaes em terra. O equipamento usado em operaes de perfurao sub-balanceada em terra pode no ser adaptvel para operaes no mar. Geralmente, os principais componentes necessrios para perfurao no mar incluem um BOP rotativo (preventor de erupes), um choke manifold adaptado, uma unidade de processamento de fluidos do poo, uma unidade de injeo de nitrognio e equipamentos de monitorao. Componentes de logstica, associados a certas locaes, podem frequentemente influenciar o sistema de fluido a ser selecionado. As seguintes reas necessitam de tratamentos diferenciados, quando se perfura com fluidos leves, em terra ou com plataformas fixas comparativamente perfurao com unidades flutuantes: Projeto do riser; Projeto da coluna de perfurao; Projeto da cabea do poo e do revestimento; Separadores;

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Sistema de direcionamento da broca; Unidade de injeo de gs. De acordo com o sistema de injeo do gs Podem ser: Atravs da coluna de perfurao; Atravs de coluna parasita. Na maioria dos casos, o gs injetado pela coluna de perfurao juntamente com a fase lquida. Existem algumas vantagens deste tipo de injeo, em comparao com o da coluna parasita: (1) menores massas especficas equivalentes de circulao (ECD) podem ser conseguidas, uma vez que o fluido aerado ocupa todo o comprimento do anular do poo; (2) a vazo de gs adicionada de lquido de forma a cumprir todos as necessidades de fluxo atravs do motor de fundo; e (3) a instalao e a implementao do sistema so muito mais simples. Todavia, este tipo de injeo apresenta algumas desvantagens: (1) no permite injeo contnua de gs durante as operaes de conexo e movimentao da coluna; e (2) equipamentos de MWDLWD (medio e registro durante a perfurao) no podem enviar sinais superfcie atravs de pulsos de presso pelo fluido aerado dentro da coluna de perfurao.

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Alta Competncia

Injeo atravs de coluna parasita n.1

Injeo atravs da coluna de perfurao n.2

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Dependendo do cenrio, mais conveniente o uso de coluna parasita para a injeo de gs, especialmente quando: (1) sistemas de MWD e direcionamento so necessrios e os equipamentos eletromagnticos disponveis no funcionam corretamente; (2) as instalaes de produo j esto montadas e as colunas de produo j esto equipadas com vlvulas de gas-lift. Em outras circunstncias, no h geralmente custo efetivo no uso deste tipo de injeo, desde que: (1) a instalao da coluna parasita consuma muito tempo e por isso tenha um custo proibitivo; (2) a coluna parasita pode causar problemas operacionais, como vazamentos, quebra na linha, entupimento etc. Estes so os principais tipos de colunas parasitas: Linha de injeo separada Uma linha de injeo lateral, conectada ao revestimento a uma certa profundidade, descida com o revestimento para promover uma via de injeo de gs no ponto de conexo. A profundidade de injeo baseada na ECD requerida no fundo do poo e na capacidade dos equipamentos de superfcie. Coluna de revestimento paralela


Esta uma opo que deve ser considerada especialmente na reentrada em poos, onde um liner assentado a uma certa profundidade. Um tie-back liner descido no poo e o gs injetado entre o liner e o revestimento pr existente. Coluna de perfurao dupla Esta opo, que no usual, permite a injeo do gs atravs do anular entre as paredes da coluna de perfurao dupla. A grande vantagem na utilizao da injeo atravs de coluna parasita a possibilidade de se enviar os sinais da ferramenta de monitorao do fundo em tempo real (MWD Measure While Drilling) pelo interior da coluna de perfurao. Estes sinais so transmitidos por pulsos de presso e o fluido no interior da coluna no pode ser aerado para no amortecer estes sinais.

83Uma desvantagem da injeo atravs de coluna parasita que nem todo o anular fica com fluido aerado, fazendo com que a presso hidrosttica neste caso seja um pouco maior. 3.2.3. Equipamentos do sistema sub-balanceado 3.2.3.1. Compressores Compressores so utilizados em operaes de perfurao subbalanceada como uma alternativa ao bombeio de nitrognio lquido. Os gases de uso mais frequente so: ar, metano, dixido de carbono e o nitrognio gerado por membrana. Suas propriedades so bem diferentes, uma vez escolhido o gs, o desempenho do compressor ser afetado significativamente. A composio do gs natural tem grande variao a depender do reservatrio de gs e as propriedades do gs so funes de sua composio.

Alta Competncia

a) Tipos de compressores Os compressores podem ser divididos em 2 grupos principais: deslocamento positivo e turbo mquinas (fluxo contnuo). Nos compressores de deslocamento positivo, a presso do gs aumenta com a reduo do seu volume; nos turbo compressores, o gs acelerado e a presso aumenta posteriormente com a reduo da rea de fluxo. Os compressores de deslocamento positivo so os mais utilizados nas operaes em campos de petrleo, devido s altas presses normalmente requeridas para essas aplicaes. Eles podem ser divididos em 2 grupos: alternativos (pisto) e rotativos. Para compresso primria (presso moderada e maior vazo) em poos rasos, os compressores rotativos so utilizados por terem custos menores. Para poos profundos ou como boosters, compressores alternativos so utilizados quando altas presses so necessrias. Para razo de compresso alta (presso absoluta da descarga dividida pela da admisso) so utilizados compressores de mltiplos estgios com resfriamento intermedirio do gs (intercoolers), para evitar altas temperaturas na admisso do prximo estgio, o que reduziria a eficincia do compressor. A mxima razo de compresso foi estabelecida em 3,5 para cada estgio em compressores alternativos. 3.2.3.2. Unidade criognica Em perfurao com ar/gs, o uso de um gs diferente do ar requisitado quando a injeo de oxignio no poo pode resultar numa corroso severa dos revestimentos e da coluna de perfurao, e/ou aumentar o potencial de fogo ou exploso no fundo do poo. Ambos os problemas resultam do influxo do fluido da formao para o poo. Caso o oxignio esteja presente, o influxo de gua pode acentuar o problema da corroso e fogo, ou exploses pode resultar do influxo de hidrocarbonetos. Geralmente, com o aumento da profundidade do poo, ele tornase mido. Isso um problema quando se perfura com ar, pois os

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cascalhos tendem a se aglomerar formando partculas maiores, o que potencialmente pode obstruir o poo e aumentar as chances de exploses, no fundo, se houver a presena de hidrocarbonetos. A perfurao com nvoa pode elevar o potencial de fogo no fundo do poo, entretanto no caso de poos horizontais o longo tempo de exposio dos intervalos de produo pode aumentar a probabilidade de fogo no fundo do poo a nveis inaceitveis. Se o nitrognio for utilizado, devido s preocupaes com fogo no fundo do poo, deve ser tomado cuidado para assegurar que a concentrao de oxignio no sistema esteja abaixo da requerida para combusto das formaes de hidrocarbonetos. Em operaes onde o nitrognio usado no fluido de perfurao, o contedo de oxignio deve ser mantido abaixo de 5% como medida de precauo. Nas operaes atuais, o contedo de oxignio costuma ser a maior chegando a 8%. Isso significa que pelo menos 92-95% de puro nitrognio requerido. Se houver um potencial de contaminao por outros gases, as companhias fornecedoras de nitrognio recomendaro um mnimo de 99,9% de pureza, o que as unidades de nitrognio lquido conseguem facilmente. a) Equipamento Um tpico caminho de entrega de nitrognio capaz de bombear nitrognio a 10 000 psi. As 3 partes principais do equipamento montado no caminho de injeo de nitrognio est mostrado, esquematicamente, abaixo:

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Equipamento de nitrognio

Alta Competncia

O caminho de injeo inclui uma unidade de vaporizao, que aquece o nitrognio de - 160 C (- 320 F) para aproximadamente 27 C (80 F). Isso converte o nitrognio de lquido para gs. A vaporizao com o controle de temperatura permite que qualquer vazo de bombeio seja mantida com acurcia. b) Metodologia Nitrognio tipicamente introduzido na coluna de perfurao a vazes de 250 a 3000 scf/min a presses de 7 a 21 Mpa (1 000 3 000 psi). Deve ser tomado cuidados para assegurar que as conexes e manobras sejam feitas corretamente e com segurana. A coluna de perfurao deve ter vlvulas flutuadoras (vlvulas parecidas com uma flapper valve que impede o fluxo em sentido reverso) a cada 9 - 12 juntas.

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Quando perfurando com nitrognio puro (sem a adio de lama de perfurao ou gua ao sistema de circulao), a injeo de gs desligada primeiro. A presso no interior da coluna de perfurao acima da ltima vlvula flutuadora drenada (sangria na linha) e a conexo feita. Quando perfurando com fluido nitrogenado, aps a injeo do gs ser desligado, deve ser tomado cuidado de manter uma presso positiva nas linhas de injeo de gs. A presso positiva mantida nas linha de injeo previne um fluxo reverso de lama ou gua para as linhas de injeo de nitrognio quando elas so reabertas. 3.2.3.3. Membrana A tecnologia da membrana est sendo utilizada por mais de 40 anos. Ela foi inicialmente aplicada na separao entre lquidos e gases e tambm na purificao da gua. A separao de gs usando membranas depende da concentrao e diretamente relacionada com a presso na entrada da membrana e a vazo atravs dela, e inversamente relacionada com a presso parcial dos componentes individuais do gs. A separao afetada pela dissoluo atual do gs na entrada da membrana e a sua difuso pela membrana polimrica.


As membranas fibrosas individuais so agrupadas em forma modular. Os mdulos so combinados em quantidade o suficiente para produzir qualquer volume de nitrognio requerido. a) Equipamento O NPU (Nitrogen Production Unity) um conjunto de mdulos montados em uma carcaa de ao de aproximadamente 25 cm (10 pol.) de dimetro por 1,83m (6 ps) de comprimento, onde cada uma contm milhes de membranas porosas e fibrosas agrupadas. Esses mdulos podem operar a presses at 200 psi e a temperaturas abaixo de 38 C (100 F). O ar de alimentao deve ser injetado por um compressor e tem de passar primeiro por uma srie de filtros para remoo de partculas, mantendo seus nveis abaixo de 5 partes por bilho. A figura seguinte mostra uma NPU.

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NPU

Os NPU so montados em skids (trens) contendo os mdulos das membranas e o sistema de filtragem de ar. Ele tambm inclui um controlador para monitorar a filtragem e os mdulos de separao. O controlador faz a aquisio da presso, vazo e temperatura, continuamente. O sistema pode armazenar vrios dias de informao e o equipamento pode ser operado remotamente por um modem telefnico. b) Metodologia Uma vez determinados o volume requisitado, o NPU tem de ser selecionado baseado na sua vazo de sada e na pureza desejada do nitrognio. A figura a seguir mostra como o aumento da presso no sistema metano-oxignio-nitrognio diminui a concentrao necessria de oxignio para a obteno de uma mistura explosiva.

Alta Competncia

13.00 12.00 % Oxygen 11.00 10.00 9.00 8.00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Pressure (psia)

A eficincia terica (volume de nitrognio entregue dividido pelo volume na entrada) do NPU de 78%. Para o nitrognio com pureza de 92% 95%, a eficincia de 67%. Note que dependendo do volume de nitrognio a ser gerado e da capacidade da membrana, a unidade ir produzir nitrognio com pureza entre 95% a 99,9%. O teor de oxignio no nitrognio gerado ser maior com volumes maiores a serem gerados, prximo ao limite de capacidade da unidade, e menor com volumes gerados menores. Aproximadamente 4% de oxignio o tpico em um sistema de separao por membranas. O que pode atingir limites explosivos em ambientes com presena de grande quantidade de H2S. A concentrao de 4% de oxignio pode gerar uma corroso significativa. 3.2.3.4. Separadores Durante perfuraes sub-balanceadas, em sistema de malha fechada, necessrio separar os fluidos que retornam do poo. Para ambas operaes sub-balanceada ou quase-balanceada, o separador ter de separar as fases lquida e gasosa do fluido de perfurao e os cascalhos resultantes da perfurao. Adicionalmente, quando perfurando sub-balanceado atravs do reservatrio, o leo produzido e o gs natural tambm devem ser separados. A mistura dos gases injetados e produzidos so direcionados para o queimador. Enquanto o leo separado dos cascalhos e da fase lquida do fluido de perfurao e direcionado para os tanques de armazenagem. Para o bem da segurana operacional e produtividade, o sistema de separao deve ser projetado com cautela, e durante as operaes de perfurao deve ser monitorado e controlado. Os principais parmetros a serem monitorado so a presso dentro do separador, nvel de lquido, a concentrao de gs na linha de liquido, as vazes de gs e lquidos nas linhas de entrada e sada.

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Os separadores podem ser classificados de acordo com seus propsitos, duas fases (lquido-gs), trs fases (lquido-gs-slido) ou quatro fases (lquido-leo-gs-slidos). Alternativamente podem ser classificados de acordo com sua forma e princpio de funcionamento, por exemplo vertical, horizontal ou esfrico. a) Separador vertical Os separadores de trs fases so os equipamentos mais comuns utilizados em plantas de produo. Ele verstil e com partes internas apropriadas para produzir um nvel aceitvel de separao para certa variao de vazo e caracterstica operacional. Adicionalmente, ele capaz de suportar os tpicos volumes de espuma e slidos. Para operaes de perfurao sub-balanceada, o separador descrito ser modificado e testado para separao de cascalhos para uma gama representativa de taxas de penetrao e dimetros de poos.

89Os separadores de quatro fases para perfurao sub-balanceada requerem um mecanismo adicional para a separao da gua do leo. O sistema completo de separao projetado ir depender das caractersticas especficas, do tipo de fluido usado e das leis ambientais na regio da perfurao. Veja na figura a seguir o interior de um separador de quatro fases.

Partes internas do separador de quatro fases

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No caso da perfurao com espuma, um quebrador de espuma tem de ser adicionado na mistura (espuma, gua, leo, gs e slidos) que retorna do poo. Com isso, antes de entrar no sistema de separao, a espuma ser quebrada, facilitando o processo de separao de todas as fases. No caso de fluidos aerados, um desespumante no necessrio, uma vez que, provavelmente, o sistema de separao pode separar gua, leo, gs e slidos sem aditivos. Aps a separao, o gs queimado, o leo armazenado para comercializao, os slidos so analisados e descartados, a fase lquida do fluido de perfurao pode ser tratada para reinjeco. Dependendo das caractersticas do fluido, a tarefa mais difcil ser a separao das fases aquosa e o leo especialmente quando se formar uma emulso. No geral, os slidos vem na forma de um fino p, e necessrio instalar amostradores antes do sistema de separao, para coletar amostras dos cascalhos. Aps a separao e o apropriado tratamento, os slidos podem ser descartados. Movimentao dos slidos O equipamento usado para o controle dos slidos pode ter grande variao com o tipo de fluido a ser utilizado, leis ambientais e governamentais. Os parmetros considerados em cada sistema so: Fluido de perfurao; Volume dos cascalhos gerados; Tamanho da locao; Presena de H2S; Requisitos da malha fechada; Leis e restries ambientais.

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Ar, nvoa ou gs No caso de perfurao com ar, nvoa ou gs, os fluidos de retorno e slidos vo direto para linha de coleta, que os leva ao dique de queima, onde os cascalhos so acumulados. O tamanho dos cascalhos normalmente so bem pequenos. Os amostradores so colocados antes da sada na linha de coleta. Nesse tipo de perfurao nenhum sistema de controle de slidos necessrio. No final da operao de perfurao o dique de queima fechado como estipulado pela empresa ou regulamento governamental. Se uma quantidade anormal de lquido estiver presente no dique, a fase lquida dever ser bombeada ou drenada para ser dado um destino adequado. Espuma

91No caso de perfurao com espuma, dependendo das restries governamentais, o controle de slidos podem variar amplamente. Se nada o impede de construir um dique reserva, e voc no deseja reciclar a espuma, ento os slidos podem ser tratados de maneira similar ao caso de perfurao com ar. Com a quebra da espuma, os cascalhos vo se depositar no fundo do dique reserva para posterior soterramento ou retirada para tratamento ou alocao em um lugar apropriado. No entanto, geralmente, no se tem muito espao disponvel para acumular fluido e esperar a quebra da espuma. Outra restrio que os rgos reguladores no permitem o descarte de espuma com hidrocarbonetos. Com a presena de H2S a movimentao dos slidos tem de ser feita de maneira bem diferente. Quando for necessrio a remoo do slido da corrente de espuma, apenas alguns mtodos sero empregados. O principal problema a ser superado a quebra da espuma para a remoo do slido.

Alta Competncia

Fluidos aerados Quando perfurando com fluidos aerados, o mtodo mais comumente utilizado para a separao dos slidos, permitir que a corrente de fluxo v para um separador, onde o gs enviado para o queimador e a fase lquida com slidos flui atravs de uma srie de tanques de decantao e flotao, onde os slidos so separados por gravidade. Chicanes, as vezes, so colocadas nos tanques para acelerar esse processo. Veja na figura seguinte o sistema de controle de slido de um fluido aerado.

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Planta de controle de slidos de fluidos aerados

Sistema de recirculao da espuma Um sistema qumico de recirculao, patenteado por Clearwater, permite a separao das fases gasosa, lquida e slida em um separador e a reutilizao da maior parte da fase lquida. Todo o processo controlado pela variao do pH atravs da adio de cido ou base. O agente espumante ativado em um meio com pH maior do que 10 e a espuma quebrada quando o pH abaixa de 3,5.


b) Separador horizontal Separadores horizontais tm sido usados extensivamente na indstria do petrleo. Entretanto, devido s restries de espao, separadores verticais so uma escolha mais apropriada para unidades flutuantes. Os seguintes aspectos ilustram as vantagens primrias de um separador horizontal comparado com um separador vertical equivalente com placas internas de defleco: A direo do fluxo perpendicular direo do campo de gravidade, o que promove a separao. Uma vez que a velocidade da fase continua no oposta a velocidade de migrao das partculas dispersas; Ele facilita o controle de turbulncias, uma vez que o distrbio provocado pela alimentao s afeta uma pequena porcentagem da seo de decantao; Para um mesmo volume de lquido, comparado com os separadores verticais, os separadores horizontais permitem uma superfcie de contato maior entre os fluidos, o que favorece o equilbrio termo dinmico das fases e a sua separao. c) Separador esfrico Os separadores esfricos so usados para remover lquidos das correntes de gs que esto sob altas presses. A sua nica vantagem deve-se ao fato de a construo ser mais econmica (menor quantidade de ao) para presses maiores. 3.2.3.5. Linhas de retorno O fluxo de retorno vai diretamente para o queimador (no caso de perfurao com ar) ou para um separador no caso de perfurao com fluidos leves, nvoa, nitrognio ou espuma. muito importante que o queimador esteja a pelo menos 45 m do poo.

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Alta Competncia

A linha de retorno deve ter um dimetro de pelo menos 7 polegadas para diminuir a perda de carga. Observe a figura seguinte para mais informaes.

94Configurao de um BOP com sistema rotativo e com planta para controle do retorno de fluido do poo

3.2.3.6. BOP rotativo O BOP rotativo (RBOP - Rotative Blow Out Preventer) usado em conjunto com o BOP convencional, e pode suportar uma presso de at 1 500 psi no anular, na superfcie, quando perfurando com ar, gs, nvoa, ou fluidos leves. O RBOP incorpora packers (obturadores) atuados hidraulicamente, suportados por grandes mancais com rolamentos e isolados por selos mecnicos dentro de uma grande carcaa. A carcaa tem um flange para montar no BOP anular e um flange para a linha de retorno, no caso de perfurao em terra ou no mar em plataform

apostila_as133_técnicas de perfuração

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