capítulo 1 - introdução à perfuração direcional (p&b)

Curso Perfurao Direcional

CAPTULO 1 INTRODUO PERFURAO DIRECIONAL

Professor: Joo Carlos Ribeiro Plcido

Sumrio

1.1. Aplicaes de Poos Direcionais 1.2. Definies Bsicas 1.3. Classificao de Poos Direcionais 1.4. Sistemas de Referncia

1.1 - Aplicaes de Poos Direcionais

Definio: Perfurao direcional uma tcnica utilizada para se atingir objetivos que no esto localizados abaixo da locao da sonda, ou seja, os objetivos esto localizados em coordenadas diferentes daquelas da cabea de poo. Muitas vezes a tcnica de perfurao direcional usada para manter a verticalidade de poos em funo da acentuada inclinao das camadas dos sedimentos. Algumas formaes tambm apresentam forte tendncia de desvios, que pode ser controlada com estas tcnicas de perfurao direcional. uma das tcnica ligadas a indstria petrolfera que mais evoluiu nos ltimos anos.

1.1.1 - Poos direcionais usados para atingir alvos de difcil acessoSonda na terra, alvo no mar

1.1.1 - Poos direcionais usados para atingir alvos de difcil acesso Alvo em rea urbana

1.1.1 - Poos direcionais usados para atingir alvos de difcil acesso Sonda no mar, alvo em rea inspita

1.1.1 - Poos direcionais usados para atingir alvos de difcil acesso

Alvo em rea montanhosa

1.1.2 - Sidetrack

Tcnica tpica da perfurao direcional, em que se faz um desvio a partir de um poo j perfurado. Recorre-se a esta tcnica para se desviar de peixes, reperfurar poos perdidos e tambm para aproveitar um trecho de poo em que no se conseguiu atingir o alvo na primeira perfurao.

1.1.3 - Poos direcionais para explorao

Poos perfurados para obter informaes de uma rea ainda no conhecida. Um exemplo o caso de um poo que no atingiu a formao desejada. Com base em novas interpretaes da ssmica, a seo mais profunda do poo abandonada e faz-se um desvio (sidetrack) para alcanar um outro objetivo, minimizando assim os custos, pois aproveita-se a cabea de poo, os revestimentos, o fluido de perfurao, as brocas, etc.

1.1.4 - Poos direcionais perfurados a partir de uma plataforma nica Esta tcnica tem sido muito freqente. Como exemplo, tem-se os clusters (conjuntos de guias) ou template. Neste caso otimiza-se as linhas de produo. A perfurao dos poos direcionais pode ocorrer simultaneamente fabricao da plataforma final de produo.

1.1.5 - Poos para explorao de novas reservas

As vezes utiliza-se clusters ou plataformas fixas para explorar, delimitar ou at mesmo investigar reservatrios adjacentes.

1.1.6 - Poos em reas urbanas e de proteo ambiental - Poo agrupados em cluster dentro de um prdio, com vista a evitar a poluio auditiva do ambiente causada pelos motores da sonda.

- Poos agrupados em cluster (em uma ilha por exemplo) para atingir um alvo abaixo de uma cidade.

1.1.7 - Poos em zonas fraturadas e em reas de domos salinos - Poos direcionais em zonas fraturadas com objetivo de conectar fraturas. Esta uma alternativa para retardar a produo de gua o que implica melhorar a produtividade do leo.

1.1.7 - Poos em zonas fraturadas e em reas de domos salinos

- Perfurao atravs de um domo salino pode comprometer a estabilidade do poo (efeito da fluncia).

1.1.8 - Poos para controle de blowout

Tambm chamados poos de alvio, as vezes a nica forma para se controlar um blowout. Uma vez que o poo em blowout atingido, um fluido de peso especfico e propriedades apropriadas injetado para controlar a erupo.

1.1.9 - Poos multilaterais e horizontais

Multilaterais: Estes poos consistem de pernas ou ramos perfurados de um mesmo poo de origem ou poo-me.

1.1.9 - Poos multilaterais e horizontais

Horizontal: Poos que atingem inclinaes prximas de 90. Possibilitam a exposio de longos trechos do reservatrio aumentando a produtividade.

1.1.10 - Poo piloto

Perfurados com o intuito de verificar o topo do reservatrio, contatos leo/gua e gs/leo, estratigrafia do reservatrio ou as profundidades das camadas de melhor permeabilidade.

1.2 - Definies bsicas 1.2.1 Definies Gerais

a)Afastamento a distncia horizontal em relao linha que passa pelo objetivo (target). Cada profundidade ter um determinado afastamento em relao cabea do poo.

1.2.1 - Definies Gerais

b)Trajetria Direcional o caminho percorrido pela broca partindo da cabea do poo at atingir o objetivo (ou o final do poo).


c) Profundidade Vertical e Profundidade medida A Profundidade Vertical (PV=TVD=True Vertical Depth) distncia vertical da mesa rotativa a um ponto. A Profundidade medida (PM=MD=Measured depth) a distncia percorrida pela broca para atingir a profundidade vertical.


d) Objetivo, Alvo e Raio de Tolerncia O objetivo o ponto no espao que a trajetria deve atingir. Geralmente definido pelo gelogo ou engenheiro de reservatrio e pode ser um ponto em uma profundidade ou mesmo uma seo inteira da formao. O alvo a rea definida pelo raio de tolerncia, ou seja, uma rea ao redor do objetivo onde se considera que este ser atingido.


d) Objetivo, Alvo e Raio de Tolerncia O uso da raio de tolerncia uma maneira de compensar as vrias incertezas geolgicas e outras associadas perfurao. Para poos direcionais exploratrios,em geral, o raio fica em torno de 100 m; nos poos de desenvolvimento, pode variar de 5 a 50 m.


e) Inclinao

o ngulo entre o vetor local gravitacional e a tangente ao eixo do poo. Por conveno, 0 o ngulo para um poo vertical e 90 para um horizontal.


f) Direo Base do Poo, Azimute e Rumo A direo do poo o ngulo formado entre a projeo horizontal do poo e o norte geogrfico verdadeiro. Essa direo pode ser representada como Azimute ou como Rumo. O azimute varia de 0 a 360 medindo no sentido horrio a partir do norte geogrfico. O rumo varia de 0 a 90 usando como referncia os quadrantes NE, SE, SW, NW.


f) Direo Base do Poo, Azimute e Rumo Frmulas para transformar a direo em quadrantes(Q) para Azimute(A) e vice versa. Noroeste(NQW) ; Frmula:A=360-Q Nordeste (NQE); Frmula: A=Q ; Exemplo:N60E; A=60 Sudoeste(SQW); Frmula:A=180+Q Exemplo:A=180+60 ; A=240 Sudeste (SQE); Frmula: A=180-Q Exemplo:S60E; A=120


g) Orientao da Tool Face definida pelo ngulo formado pela face da ferramenta direcional e o lado alto (highside) do poo. Varia de 0 a 360, no sentido horrio, a partir do ponto highside.

1.2.2 - Projees Horizontal e Vertical

a) A projeo horizontal possibilita uma viso do topo do poo direcional. Usa-se esta projeo para visualizar e corrigir a direo durante a perfurao. b) A seo vertical permite observar a projeo vertical do poo. Os eixos so, respectivamente, a profundidade vertical e o afastamento horizontal em relao a um determinado azimute do plano de projeo. c) 3D ou Vista em 3D a representao do poo no espao.

1.2.3 Definies Especficas para Poos Direcionais

a) KOP (kickoff point) Comeo da seo de ganho de ngulo (buildup section).

a) Estao, Inclinao e Direo do poo a cada estao Estao um ponto de medida de profundidade, inclinao do poo e direo do poo (azimute). c) ngulo mximo do trecho reto Ao final da seo de ganho ou perda de ngulo, atingese um ngulo mximo que mantido constante no trecho reto.


d) Buildup, Buildup rate e End-of-Buildup: Buildup a seo onde acontece o ganho de ngulo, na qual inclinao do poo a cada estao varia com a profundidade. Buildup rate (BUT) quando na seo buildup ocorre uma taxa de ganho de ngulo constante, e expressa em graus/30 metros (ou graus/100 ps). End-of-Buildup (EOB) o final do buildup e ocorre quando o trecho reto atingido.


BUR=K(1-2)/(M1-M2) Onde: K=30 para BUR(graus/30 m) 1 =inclinao do poo na estao 1 2 =inclinao do poo na estao 2 M1=profundidade medida do poo na estao 1 M2=profundidade medida do poo na estao 2


e) Seo Tangente ou Slant a seo onde a inclinao mantida at atingir o objetivo ou at que haja uma nova seo de ganho ou perda de ngulo. f) Incio do Drop off (perda de ngulo) Profundidade onde o poo comea a perder ngulo, caso necessrio. g) Seo de Drop off Trecho do poo onde ocorre perda de ngulo.


h) Dogleg () e Dogleg Severity (DLS) O Dogleg o ngulo no espao formado por dois vetores tangente trajetria do poo em dois pontos em considerao de dogleg. O DLS refere-se ao ngulo dividido comprimento perfurado ou a ser perfurado. pelo


i) Raio de curvatura (R) Raios dos arcos de circunferncia usados nos clculos dos trechos de buildup e drop off.

j) Giro da Broca ou Bit Walk Mudana da direo do poo como conseqncia da rotao coluna e da broca e normalmente ocorre para a direita. k) ngulo Guia ou Lead Angle ngulo entre a direo do objetivo e a direo para qual a Tool Face est apontando no incio do intervalo de curvatura.

1.3. Classificao dos poos direcionais

muito comum classificar os poos direcionais de forma a se identificar o grau de severidade de cada um. As classificaes mais comuns so quanto ao raio de curvatura, ao afastamento e ao giro.

1.3.1 - Classificao quanto ao raio de curvatura Quanto ao raio de curvatura, os poos podem ser classificados como sendo de raio longo, intermedirio e curto. Conforme mencionado anteriormente, Buildup Rate (BUR) indica quantos metros de poo devero ser perfurados para que haja uma variao de um grau na inclinao do poo.

1.3.1 - Classificao quanto ao raio de curvatura

Como a variao da inclinao considerada constante ao longo deste trecho do poo, o resultado um arco de circulo com um determinado raio de curvatura R, que neste caso dado pela expresso abaixo: R = (360 / 2) x (K / BUR)


Raios longos com BUR variando de 2 a 4 graus/30m so os mais comuns na indstria, e so geralmente poos mais suaves


Classificao Raio longo Raio mdio Raio intermedirio Raio curto

Buildup rate (BUR) em (/30m) 2-8 8-30 30-60 60-200

Raio (m) 859-215 215-57 57-29 29-9

Tabela 1.1. classificao da trajetria quanto ao raio.

1.3.2 - Classificao quanto ao afastamento do objetivo

Quanto ao afastamento do objetivo, os poos podem ser classificados em: Convencional, Grande afastamento ou ERW (extended reach well) e Afastamentos severos ou S - ERW (servere extended reach well). Esta classificao est relacionada com a razo entre o afastamento e a profundidade vertical (PV), descontando a lmina de gua (LA) e Air Gap (AG) para poos martimos, onde AG a altura da mesa rotativa em relao ao nvel do mar.

1.3.2 - Classificao quanto ao afastamento do objetivo

Tipo de poo Convencional De grande afastamento De afastamento severo

Afastamento / (PV-LAAG) 3

1.3.3 - Classificao quanto ao giro

Quanto ao giro os poos podem ser classificados como aqueles que ficam em um nico plano (2D) ou os que cortam vrios planos (3D). Esses ltimos so conhecidos como designer well ou poo de projetista. Poos classificados como designer wells podem ter grandes profundidades medidas e relativamente pequenos afastamentos.

1.3.3 - Classificao quanto ao giro

Designer Well

1.4 - Sistemas de referncia

Coordenadas so elementos que servem para determinar a posio de um ponto em relao a um sistema de referncia, o que em termos de perfurao direcional significa saber a posio do poo a cada metro planejado e perfurado.


O sistema de coordenadas geogrficas provavelmente o tipo de representao mais familiar para a maioria das pessoas. Neste tipo de representao todos os pontos so localizados pelo cruzamento de duas linhas imaginrias, separadas em intervalos regulares e medidas em graus: latitude (ou paralelos) e longitude (ou meridianos).


As latitudes ou paralelos so linhas paralelas aoequador, com distncias medidas em graus partindo do prprio equador, variando de 0 ate 90 norte e sul. A rotao da terra estabelece um eixo imaginrio, cuja interseo com a superfcie terrestre estabelece os dois plos. O meio do caminho entre os plos a linha do equador.


As longitudes ou meridianos so linhas paralelas ao meridiano de Greenwich. Os meridianos so linhas imaginrias medidas em graus, partindo de Greenwich (0) at 180 para oeste e leste. Meridiano de Greenwich o meridiano inicial ou zero, estabelecido em 1884 por acordo internacional, que tem como referncia o meridiano que passa pelo observatrio astronmico real ingls, na cidade de Greenwich, prxima a Londres na Inglaterra


Uma maneira de identificar a posio de objetos na superfcie da Terra atravs de sistemas de referncia terrestres ou geodsicos, que esto associados a uma superfcie que mais se aproxima da forma da Terra, e sobre a qual so desenvolvidos todos os clculos das suas coordenadas. As coordenadas geradas por estes sistemas podem ser apresentadas de 2 formas. Em uma superfcie esfrica recebem a denominao de coordenadas geodsicas. Em uma superfcie plana recebe a denominao da projeo, a qual est associada.

1.4.1 - Sistemas de referncias geodsicos

As coordenadas referidas aos sistemas de referncia geodsicos so normalmente apresentadas em trs formas: Sistema Sistema Sistema Sistema de coordenadas planas de coordenadas cartesianas de coordenadas geodsicas (ou elipsoidais) local de referncia

a) Sistema de coordenadas planas

As coordenadas referidas a um determinado sistema de referncia geodsico podem ser representadas num plano atravs dos componentes norte (northing) e leste (easting) e o tipo de coordenadas regularmente encontrado em mapas.


Para representar as feies de uma superfcie curva em plana, so necessrias formulaes matemticas chamadas de mapas (ou mtodos) de projees. Diferentes projees podero ser utilizadas na confeco de mapas. Para se usar mapas de projeo, necessrio definir os chamados datums geodsicos.


Os mtodos de projeo para transformar o globo terrestre em um plano so:

Projeo cnicaA projeo cnica de Lambert feita atravs da projeo em cone. Este mtodo usado nas regies de mdias latitudes, por exemplo, EUA, e as coordenadas so geralmente dadas em ps. O seu uso, no entanto, no comum na indstria do petrleo.


Projeo cnica de Lambert


Projeo Transversa de MercatorO mapa de projeo mais comum denominado Transversa de Mercator (TM). Neste tipo de projeo o globo terrestre envolvido em um cilindro para realizar as projees e dividido em dois tipos: padro e transverso. Projeo de Mercator Padro Neste mtodo, um cilindro envolve o globo na linha do equador, o que ocasiona distores nos plos. No usada na indstria do petrleo.


Projeo de Mercator Padro


Projeo Mercator Transverso (UTM Universal Transverse Mercator)

O mapa de projeo mais usado no mundo a Universal Transverse Mercator, mais conhecida como UTM. Neste mtodo, um cilindro envolve o globo no meridiano, minimizando as distores no plo. Este mtodo ir gerar as coordenadas UTM que so amplamente utilizadas na perfurao de poos.


Projeo Mercator Transverso (UTM Universal Transverse Mercator)


No indicado em latitudes acima de 84 norte e 80 sul, onde se utiliza o universal polar stereographic (UPS). A UTM projeta sees do globo sobre uma superfcie plana, chamadas de zona, cuja largura de 6.


Zonas UTM


Qualquer posio de um objeto em coordenadas UTM descrita atravs de trs elementos: (a) zona em que ela est, (b) easting e (c) northing. Easting uma medida de leste/oeste e corresponde grosseiramente a longitude. Northing uma medida norte/sul e corresponde grosseiramente a latitude.


Northing(Y): mede-se sempre a partir da linha do equador. Acima do equador inicia-se com zero metro e os valores aumentam na direo norte. Abaixo do equador inicia-se com 10.000.000 m e os valores diminuem na direo sul.

Easting (X): o meridiano central corresponde ovalor de 500.000 m. Os valores do Oeste para o Leste de 0 m no stremo Oeste at 1.000.000 m no extremo Leste.


Intervalos de valores Northing e Easting para cada zona UTM

b) Sistema de coordenadas cartesianas

Um sistema de coordenadas cartesianas no espao 3D caracterizado por um conjunto de trs retas (x,y,z) denominados eixos coordenados mutuamente perpendiculares. A associao de um sistema cartesiano a um sistema de referncia geodsico recebe a denominao de sistema

cartesiano geodsico.


O eixo X: coincide com o plano equatorial, positivo na direo de longitude 0 O eixo Y: coincide com o plano equatorial, positivo na direo de longitude 90 O eixo Z: paralelo ao eixo de rotao da terra e positivo na direo norte Origem: se est localizada no centro de massas da terra (geocentro), as coordenadas so denominadas de geocntricas, usualmente utilizadas no posicionamento de satlites.


Figura Coordenadas cartesianas geocntricas (x,y,z)

c) Sistema de coordenadas geodsicas

As definies de coordenadas geodsicas de um ponto qualquer P na superfcie do elipside so: Latitude geodsica: o ngulo contado sobre o meridiano que passa pelo ponto P, compreendido entre a normal passante por P e o plano equatorial. Longitude geodsica: o ngulo contado sobre o plano equatorial, compreendido entre o meridiano de Greenwich e o ponto P; Altitude elipsoidal: Corresponde a distncia de P a superfcie do elipsoide medida sobre a sua normal.

c) Sistema de coordenadas geodsicas

Figura Coordenadas Geodsicas (Latitude e Longitude)

d) Sistema local de referncia

Geralmente um sistema local de referncia tem a sua origem posicionada em um ponto j identificado em um dos sistemas de referncia descritos anteriormente, e chamados aqui sistemas de referncia oficiais. Um exemplo comum do sistema local de referncia quando se refere posio dos poos ou aos objetivos com relao coordenada central da plataforma.

1.4.2 - Referencial Geodsico (Datum)

Referencial geodsico, tambm conhecido pelo termo datum geodsico, ou simplesmente datum, um conjunto de parmetros que definem o tamanho e a forma da terra e a origem e a orientao do sistema de coordenadas usado para mapear a prpria terra.


Os data evoluram de formas esfricas para modelos elipsoidais derivados de anos de medies feitas por satlites. importante ter em mente que referenciar coordenadas geodsicas a um datum errado pode resultar erros de centenas de metros.


Um datum geralmente consiste: - da definio de um elipside, - da definio da relao deste elipside com a superfcie da terra, - da definio da unidade de comprimento a ser usada, - de um nome oficial, - da regio da superfcie da terra de onde se pretende fazer medies.


Figura Aproximao da topografia da superfcie da terra por um modelo baseado num elipside


Os estudos geodsicos mais recentes mostraram valores diferentes para elementos do elipside, medidos nos vrios pontos da terra. Isto faz com que cada regio deva adotar como referncia o elipside mais indicado.

FIM

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