completação de poços - contenção de areia

Prof. Ilson Paranhos PasqualinoCurso de Engenharia de Petróleo EPT/UFRJ

Contenção de Areia

Completação de PoçosEEW 412

EEW 412 – Completação de PoçosProf. Ilson Paranhos Pasqualino

Introdução

1. Produção de Areia

1.1 Problemas causados pela produção de areia

1.2 Mecanismos de produção de areia

2. Contenção de Areia

2.1 Tubo ranhurado

2.2 Tubo telado

2.3 Gravel pack

2.4 Frac pack

3. Critério de Seleção do Método de Controle da Produção de Areia


1. Produção de Areia

80% do óleo produzido atualmente no mundo provém de arenitos“inconsolidados”(2005)

Produção de areia se refere normalmente a arenitos não consolidados e engloba,além destes materiais, rochas como calcário e arenitos de resistência média a elevada.

Em escala microscópica, a produção de areia é um processo desencadeado pelaforça de arraste associada ao fluido em movimento atuando em um conjunto departículas próximas a uma superfície livre (parede do poço, cavidade docanhoneado).

O transporte de partículas ocorre quando esta força, originada na diferença depressão estabelecida entre o poço e a formação, eventualmente se torna maior doque as forças estabilizadoras provenientes da coesão do material e da tensãodesenvolvida entre as partículas.

84% do óleo produzido na Bacia de Campos provém de arenitos “inconsolidados”(Petrobras - 2005)


1. Produção de Areia1.1 Problemas Causados pela Produção de Areia

Deposição interior do poço;

Deposição nos equipamentos de superfície;

Deposição nas linhas;

Erosão dos equipamentos de superfície;

Desmoronamento da formação;

Perda de isolamento.

Figura 1: Erosão devido à produção

de areia


Falha por cisalhamento – relacionada ao declínio da pressão nasproximidades do poço.

Falha por tensão – relacionada normalmente ao incremento da vazãode produção.

Migração de finos – a movimentação de pequenas partículas pelaformação pode implicar na redução de permeabilidade, incrementando oarraste e iniciando a produção de areia.

1. Produção de Areia1.2 Principais mecanismos de produção de areia


2. Contenção de AreiaDiante da necessidade de se minimizar a níveis toleráveis a produção de areia,um mecanismo de controle deve ser utilizado.

Estes mecanismos atuam diretamente nos parâmetros de produção dopoço ou diretamente na produção de areia.

Atuar nos parâmetros de produção do poço manipular o “drawdown”(diferença entre a pressão no poço e a poro‐pressão no reservatório) e a taxa deprodução.

Atuar diretamente na produção de areia:

• Consolidação química;• Seleção das perfurações;• Tubos Ranhurados;• Tubos Telados;• Gravel Pack;• Frac–Pack.

Apesar de controlarem a produção de areia, essastécnicas apresentam como inconveniente o alto custode instalação e manutenção, assim como a reduçãoda produção do poço.


2. Contenção de Areia

Consolidação química promove um aumento na resistência da formaçãopela injeção de resina, todavia leva a uma redução da permeabilidade e,consequentemente, da produção de um poço.

Seleção dos locais de perfuração perfurar regiões onde a formação possuiuma boa resistência mecânica e, com isso, uma pequena possibilidade deproduzir areia.

Contenções Mecânicas

Tubos Ranhurados;Tubos Telados;Gravel Pack;Frac–Pack.


2. Contenção de Areia2.1Tubos Ranhurados

• Adaptações feitas em tubos antes comuns;

• Modelo geralmente mais barato que as telas;

• A área de abertura ao fluxo é limitada pelo número de ranhuras (Slots);• Disposição das ranhuras interfere nos parâmetros de resistência dostubos

Deve-se preferir rasgosverticais em relação aoeixo do tubo, uma vez que osrasgos horizontais reduzem acapacidade do tubo sobtração e compressão.

Figura 2: Tubos Ranhurados


• Quando submetidos a altas vazões, podem sofrer um processo deerosão;

• São mais suscetíveis ao fenômeno de plugueamento (entupimento econsequente restrição ao fluxo).

Recomendações de uso:

Poços de baixa produção e arenitos com distribuição granulométricahomogênea, onde telas são economicamente inviáveis.

Poços horizontais por promoverem a contenção do poço.

2. Contenção de Areia2.1Tubos Ranhurados


• Mais adequados à variação granulométricada formação;

• Maior resistência mecânica;

• Maior área ao fluxo;

• Elevada eficiência na filtração daspartículas;

• Podem ser utilizados sozinhos (standalone) ou com gravel pack / frack pack.

Existem 3 grupos de tubos telados:

• Wire-wrap;

• Pré-empacotado (Prepacked);

• Premium.

2. Contenção de Areia2.2 Tubos Telados (Screens)

Figura 3: Modelos de Tubos Telados



• Wire-wrap;


• Premium.

Consiste em um tubo base (A), hasteslongitudinais (B), e um arame especialrecobrindo todo o tubo (C);

Utilizados em completações stand alone egravel pack;.

Reduzida área de fluxo.


Figura 4: Tubo Telado Wire-wrap



• Wire-wrap;


• Premium.

Formado por dois tubos telados (filtros) e um pacote de gravel entre eles;

Modelo menos utilizado atualmente.

Componentes:

Tubo base (A); hastes perpendiculares (B); arame interno (C); Gravel empacotado (D); hastes perpendiculares (E); arame externo (F).


Figura 5: Tubo Telado Prepacked



• Wire-wrap;


• Premium

Tecnologia recente e atualmentemais utilizada para controle de areiaem poço aberto;

Evita o anular aberto, principalmotivo para falhas de completaçõesstand alone;.

Instalação menos complexa e maisbarata se comparada com o gravel empoço aberto.


Figura 6: Tubo Telado Premium



• Wire-wrap;


• Premium


Figura 8: Detalhe do Tubo Telado Premium

Figura 7: Tubo Telado Premium



• Wire wrap;

• Pré empacotada (Prepacked);

• Premium


Podem ser do tipo Premium Expansíveis:

Telas expansíveis são descidas e instaladas após a perfuração do poço aberto e são,posteriormente, deformadas à frio, até atingirem um diâmetro próximo ao diâmetro final dopoço;

Proporcionam menor restrição possível ao diâmetro interno do poço – revestido ouaberto;

Tecnologia pouco testada no Brasil;

Possibilita construção de poços com maior diâmetro, próximo ao diâmetro da última fase perfurada.

Figura 7: Tubo Telado Premium Expansível



• Wire wrap;


• Premium


Premium Expansíveis

Figura 8: Mecanismo de Expansão do Tubo Telado Premium



• Wire wrap;


• Premium


Premium Expansíveis

Figura 9: Mecanismo de Expansão do Tubo Telado Premium


Tecnologia mais utilizada para controle de areia;

Forma e sustenta um segundo arcabouço aos grãos da formação.

As três chaves para o sucesso em uma operação de Gravel-Pack são:

• Dimensionamento do gravel para conter completamente amovimentação de sólidos da formação;

• Formação de pacote compacto de gravel com o maior raiopossível;

• Maximização da produção com minimização do dano à formação.

Consiste no preenchimento dos canhoneados e anular do tubo telado/revestimento (poçorevestido) ou anular do tubo telado/formação (poço aberto) com gravel (areia ou cerâmica)de granulometria bem selecionada, formando um pacote compacto.

2. Contenção de Areia2.3 Gravel Pack


Vantagens

• Mais efetivo no controle de areia emlongos intervalos, em intervalos compequenas intercalações de folhelhos, eem zonas com alto teor de argila e silte;

• Apresenta melhores resultados nasaplicações em poços antigos comhistórico de grande produção de areia;

• É menos afetado pelas variações depermeabilidade da formação

Desvantagens

•Redução do diâmetro interno do poço,pela utilização de tubos telados;

•Reparos ou recompletações requerem aremoção do conjunto;

•As telas estão sujeitas à corrosão e/ouerosão devido às altas velocidades defluxo ou à produção de fluidos corrosivos.

•Apresenta maior dificuldade noisolamento de futuros intervalosprodutores de água.




Figura 10: Mecanismo de Instalação do Gravel Pack


Deve-se observar a relação degranulometria do gravel e a da areia.

•Relação de granulometria > 6 implicaem rápida perda da permeabilidade.

•Caso a relação seja maior que 14, aareia não é mais contida.

Dimensionamento do Gravel

Saucier recomenda que o tamanhomédio do grão do gravel seja até 6vezes maior que o tamanho médio dogrão de areia da formação.


Figura 11: Relação entre granulometriasdo gravel e da areia de formação segundo

Saucier.


A granulometria recomendada para o gravel é determinada multiplicando-se o diâmetro de partícula por 4 e 8 para obter a granulometria superior einferior, respectivamente.

Adota-se o gravel comercialmente disponível com diâmetro imediatamenteinferior ao calculado.

Exemplo:

A análise da peneira indicou que o diâmetro médio de uma areia deformação é 0,0045 pol, assim:

Granulometria inferior (Ginf) = 0,036 pol (0,0045*8)Granulometria superior (Gsup) = 0,018 pol (0,0045*4)




Exemplo:

Granulometria inferior (Ginf) = 0,036 pol (0,0045*8)

Granulometria superior (Gsup) = 0,018 pol (0,0045*4)



Figura 12:Dimensionamento do gravel


Exemplo:

Granulometria inferior (Ginf) = 0,036 pol (0,0045*8)

Granulometria superior (Gsup) = 0,018 pol (0,0045*4)


O gravel recomendado é então o de 20/40 mesh.

Verificando o valor da relação tamanho do gravel /tamanho do grão daformação:

Diâmetro médio do gravel = (0,033 + 0,0165)/2 = 0,025 pol

(Diâmetro médio do gravel)/(Diâmetro médio da areia) =0,025/0,0045 = 5,55

O resultado indica que, segundo Saucier, não haverá invasão de areia que possa afetar a permeabilidade do pacote.



Resumidamente: fraturamento hidráulico antes do Gravel Packing.

Resultando em alta condutividade pela fratura que ultrapassa odano da formação e alivia a migração de finos pela redução daqueda de pressão perto do pólo e também da velocidade do fluxo.

Indicado para:

•Reservatórios onde a taxa de produção de óleo é elevada, cuja convergênciado fluxo radial pode se tornar um agravante para a produção de sólidos;

•Poços onde o dano a formação pelo fluido de perfuração é elevado.

O método consiste na criação de uma pequena fratura condutora, cujafunção é transformar o fluxo radial em fluxo linear através do poço,reduzindo o gradiente de pressão.

2. Contenção de Areia2.4 Frac Pack


2. Contenção de Areia2.4 Frac Pack

Figura 13: Mecanismo de Frac Pack


3. Critério de Seleção do Método de Controle da Produção de Areia

Tem-se:Cs = D10/D95 e Cµ = D40/D90

onde Di = Tamanho do grão acima do qual i% do peso dos grãos daformação ficam retidos.

Assim:

Se Cs < 10 Stand alone Screens

Se Cµ < 3 e finos > 5% Wire Wrap Screens

Se 3 < Cµ < 5 ou finos > 5% Premium Screens

Se Cs > 10% ou Cµ > 5 ou Finos > 5% Gravel Pack

completação de poços - contenção de areia

Documents