controle de areia engep2014

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Controle de Areia Luiz Otavio Almeida Bueno e Silva - PdS Engenheiro de Petróleo Petrobras [email protected]

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Apresentação do Minicurso de Controle de Areia do ENGEP 2014

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Page 1: Controle de Areia Engep2014

Controle de Areia

Luiz Otavio Almeida Bueno e Silva - PdS

Engenheiro de Petróleo

Petrobras

[email protected]

Page 2: Controle de Areia Engep2014

Introdução

O que é controle de areia· Causas e efeitos da produção de areia

Previsão de produção de areia

Equipamentos de controle de areia

Tubos rasgados Telas

Packers

· Técnicas para Controle de Areia

Sem ControleInjeção de Resina

Perfuração orientadaStand AloneGravel pack Frack pack

Page 3: Controle de Areia Engep2014

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

Page 4: Controle de Areia Engep2014

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

Page 5: Controle de Areia Engep2014

• Controle de areia é um dos processos dacompletação que consiste na instalaçãode equipamento ou aplicação detécnicas para prevenir a migração deareia do reservatório para o poço.

Introdução

Page 6: Controle de Areia Engep2014

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

Page 7: Controle de Areia Engep2014

• 60% do petróleo mundial é produzido de carbonatos.

• 90% dos poços são perfurados em reservatórios dearenito.

• 30% dos arenitos são inconsolidados o bastante paraserem produzidos junto com o petróleo.

Por que o controle de areia é necessário?

Introdução

Page 8: Controle de Areia Engep2014

Produção mundial de petróleo

Carbonatos60%

Arenitos40%

Introdução

Page 9: Controle de Areia Engep2014

Poços produtores de petróleo

Carbonatos10%

Arenitos Consolidados63%

Arenitos Inconsolidados27%

Introdução

Page 10: Controle de Areia Engep2014

Causas da produção de areia

• Ausência de agentes cimentantes.

• Velocidade do fluido (arraste)

• Depleção

• Mudança nas condições originais

Introdução

Page 11: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Grãos cimentados

Grão original

Quartzo

Poros

Page 12: Controle de Areia Engep2014

Efeitos da produção de areia

• Danos aos equipamentos do poço.

• Danos aos equipamentos de superfície.

• Erosão.

• Bloqueio de linhas.

Introdução

Page 13: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 14: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 15: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 16: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 17: Controle de Areia Engep2014

Controle de Areia

Page 18: Controle de Areia Engep2014

Tela wire-wrapped

Page 19: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 20: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 21: Controle de Areia Engep2014

Entrada Fluido

Sólidos

Saída de gás

Gás

Espuma

ÓleoEmulsãoÁguaAreia

Introdução

Page 22: Controle de Areia Engep2014

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

Page 23: Controle de Areia Engep2014

• Fluxo em um poço vertical

Introdução

Page 24: Controle de Areia Engep2014

• Curva de pressão de um poço vertical

Metade da queda de pressão ocorre a 8 m do centro do poço

Vazão 8500 bpdDiam 8,5”33 m de espessura100 mD permeabilidade4 cP viscosidade1.2 fator de formação do óleoP res = 5565 psia

Distância do centro do poço (ft)

Pre

ssão

(p

sia)

Introdução

Page 25: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 26: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 27: Controle de Areia Engep2014

Introdução

TWC

Page 28: Controle de Areia Engep2014

Curvas Granulométricas

Introdução

Page 29: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 30: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 31: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 32: Controle de Areia Engep2014

• Porosidade > 30% - grande chance denecessidade de CA

• Porosidade < 20% - CA menos provável

• 20% < Porosidade < 30 % - ????

Introdução

Page 33: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 34: Controle de Areia Engep2014

• DrawdownP

ress

ão d

e fl

uxo

no

po

ço (

psi

)

Pressão do reservatório (psi)

Máx

imo

d

raw

do

wn

17

86

psi

Máx

imo

dra

wd

ow

n3

98

0 p

siProdução de areia independente do drawdown = 4200 psi

Introdução

Page 35: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 36: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 37: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 38: Controle de Areia Engep2014

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Page 39: Controle de Areia Engep2014

Introdução

Page 40: Controle de Areia Engep2014

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 41: Controle de Areia Engep2014

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 42: Controle de Areia Engep2014

Liner Rasgado

Page 43: Controle de Areia Engep2014

Liner Rasgado

Page 44: Controle de Areia Engep2014

Liner Rasgado

Page 45: Controle de Areia Engep2014

Liner Rasgado

• Rasgos em vários padrões

• 3 % - 6% da área

• Perfil Keystone – evita entupimentos

• Mais barato que telas

• Indicado para poços de baixaprodutividade

Page 46: Controle de Areia Engep2014

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 47: Controle de Areia Engep2014

Tela wire-wrapped

Tubo base

Fio soldado

Page 48: Controle de Areia Engep2014

Tela wire-wrapped

Page 49: Controle de Areia Engep2014

Tela wire-wrapped

• Pequena área de fluxo

• Fio soldado c/ perfil keystone

• 2 x D10

Page 50: Controle de Areia Engep2014

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 51: Controle de Areia Engep2014

Tela Pre-Packed

Page 52: Controle de Areia Engep2014

Tela Pre-Packed

Page 53: Controle de Areia Engep2014

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 54: Controle de Areia Engep2014

Shroud Meio Filtrante

Tubo Base

Tela Metálica com Shroud

Page 55: Controle de Areia Engep2014

Controle de Areia

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 56: Controle de Areia Engep2014

Controle de Areia

Telas Expansíveis

Page 57: Controle de Areia Engep2014

Telas Expansíveis

Vídeo 1Vídeo 2

Page 58: Controle de Areia Engep2014

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Page 59: Controle de Areia Engep2014

Packers

Swell Packer

Page 60: Controle de Areia Engep2014

Packers

ECP

Page 61: Controle de Areia Engep2014

Técnicas de Controle de Areia

Page 62: Controle de Areia Engep2014

Poço revestido cimentado

Poço aberto comGravel Pack

Poço revestido com Gravel Pack

Poço Aberto

LinerFurado

Page 63: Controle de Areia Engep2014

• Sem controle

• Resina

• Perfuração seletiva

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Page 64: Controle de Areia Engep2014

Controle de Areia

• Sem controle

• Resina

• Perfuração seletiva

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Métodos de Controle de Areia

Page 65: Controle de Areia Engep2014

Sem Controle

Ponte formada pelos grãos da

formação

Fluxo

Fluxo

Fluxo

Cimento

Page 66: Controle de Areia Engep2014

Sem Controle

Page 67: Controle de Areia Engep2014

Velocidade

Velocidade de escorregamento

Sem Controle

Page 68: Controle de Areia Engep2014

Sem Controle

Page 69: Controle de Areia Engep2014

• Instalação de equipamentos de separação de areia.

• Redução de curvas nas tubulações.

• Inspeção e manutenção mais frequente dosequipamentos de superfície.

• Uso de metalurgias especiais nos equipamentos.

• Tratamento dos resíduos oleosos (areia separada).

• Parada para manutenção para retirada da areia(flexitubo, caçamba)

Sem Controle

Page 70: Controle de Areia Engep2014

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Métodos de Controle de Areia

Page 71: Controle de Areia Engep2014

Resina

Page 72: Controle de Areia Engep2014

• Injeção de resina p/ consolidação

• Tampão balanceado/perfuração

• Método Rápido

• Não há garantia de penetração emtodos os canhoneados

• Intervalos 3 – 5 metros

• <1% dos casos

Resina

Page 73: Controle de Areia Engep2014

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Métodos de Controle de Areia

Page 74: Controle de Areia Engep2014

Perfuração Orientada

Page 75: Controle de Areia Engep2014

Perfuração Orientada

Page 76: Controle de Areia Engep2014

Perfuração Orientada

Page 77: Controle de Areia Engep2014

Perfuração Orientada

• Poços Horizontais

• Grandes diferenças entre tensões

• Dificuldades em garantir a orientaçãodos tiros +/- 26o

• Casos de sucesso – VARG Field -Noruega

Page 78: Controle de Areia Engep2014

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Page 79: Controle de Areia Engep2014

Stand Alone

• Tela posicionada diretamente em frenteà formação – sem propante

• Cu=D40/D90 < 5

• Finos < 5%

• Poucos poços candidatos

Page 80: Controle de Areia Engep2014

Stand Alone

% A

cum

ula

da

de

par

tícu

las

% Diâmetro equivalente (microns)

Page 81: Controle de Areia Engep2014

Stand Alone

• Baixa confiabilidade• Indicada para intervalos homogêneos• Excelente produtividade (exceto quando

plugueada por finos)• Baixo custo• Indicada para intervalos produtores de

pouca areia• É possível usar com packers para

isolamento de zonas

Page 82: Controle de Areia Engep2014

ICD – Inflow Control Devices• Diminuem o fluxo anular

• Minimizam criação de “hot spots”

• Equalizam o fluxo por toda extensão

Vídeo1

Vídeo2

Stand Alone

Page 83: Controle de Areia Engep2014

Stand Alone

Page 84: Controle de Areia Engep2014

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Page 85: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

Page 86: Controle de Areia Engep2014

Cimento

TelasRevestimento

Canhoneadospreenchidos pelo Gravel Pack

Formação

Gravel Pack em Poço Revestido

Page 87: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

• Técnica mais difundida

• Poços de inclinação < 45o

• Telas wire wrapped

• Boa confiabilidade

• Necessária garantia de preenchimento detodo intervalo telado

• Indicado para intervalos longos

Page 88: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

Vantagens

• Melhor performance em intervalos longos

• Suporta tratamentos químicos

• Bons resultados em poços antigos

Desvantagens

• Reduz o diâmetro do poço

• Reparos demandam a retirada total do conjunto

• Dificuldade de isolamento de intervalos

Page 89: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

Seleção do Gravel

• Saucier – 6 vezes maior que o tamanho do grãomédio da formação

Page 90: Controle de Areia Engep2014

Posição Squeeze

Tudo que é injetado na coluna vaipara a formação.

Gravel Pack em Poço Revestido

Page 91: Controle de Areia Engep2014

Posição de Circulação

O que é injetado na coluna retorna pelo anular ou vai para a formação.

Gravel Pack em Poço Revestido

Page 92: Controle de Areia Engep2014

Posição de Circulação Reversa

O que é injetado na coluna retorna pelo anular ou vai para a formação.

Gravel Pack em Poço Revestido

Page 93: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

Deslocamento do Propante

• Slurry Pack – alta concentração de propante

• Water Pack – em desuso

• High Rate Water Pack – altas vazões

Page 94: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

Execução do GP

• Condicionar revestimento

• Substituir fluido de completação

• Assentar Sump Packer

• Canhonear Revestimento

• Descer o conjunto de Gravel Pack

• Testar ferramentas nas várias posições

• Posicionar soaking ácido

• Injetar ácido – avaliar injetividade

Page 95: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

Execução do GP

• Calibra flowmeter

• Inicia injeção de gravel

• Monitorar parâmetros de injeção/vazão deretorno/abertura do choke

• Quando atingir o “screen out” parar o bombeio

• Posicionar ferramenta na posição reversa

• Circular até retorno limpo

Page 96: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Revestido

VídeoVídeo

Page 97: Controle de Areia Engep2014

Controle de Areia

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Page 98: Controle de Areia Engep2014

Areia da formação

nãoUniforme

Tela

Pacote de areiado gravel Uniforme

Gravel Pack em Poço Aberto

Page 99: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Aberto

Gravel Pack com projeto adequado

Gravel Pack parcialmente plugueado

Page 100: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Aberto

Page 101: Controle de Areia Engep2014

Gravel Pack em Poço Aberto

Desafios• Formações com baixa resistência à fratura

• Altas pressões de bombeio

• Garantia de cobrimento de todo ointervalo telado

• Embuchamento prematuro

Page 102: Controle de Areia Engep2014

Vídeo 1Vídeo 2

Gravel Pack em Poço Aberto

Page 103: Controle de Areia Engep2014

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Page 104: Controle de Areia Engep2014

Frac Pack

Abre uma fratura e faz a contenção de areia em uma só operação.

Page 105: Controle de Areia Engep2014

• Poços bem cimentados• Não deve haver contato Óleo/Agua ou Gás/Óleo

próximos• Poços danificados• Confiabilidade alta mesmo com grande

presença de finos• Excelente produtividade em intervalos

heterogêneos• Alto custo• Risco de fraturar zona de conto O/A ou G/O

Frac Pack

Page 106: Controle de Areia Engep2014

Frac Pack

Page 107: Controle de Areia Engep2014

Frac Pack

Page 108: Controle de Areia Engep2014

Esfera de isolamento

Selos entre Gravel Packs

VIF

Cauda da completação superior

Frac Pack

Page 109: Controle de Areia Engep2014

Step Rate Test (SRT)

Frac Pack

Page 110: Controle de Areia Engep2014

Step Rate Test (SRT)

Frac Pack

Page 111: Controle de Areia Engep2014

Mini Frac

Frac Pack

Page 112: Controle de Areia Engep2014

Vídeo 1

Frac Pack

Page 113: Controle de Areia Engep2014

Seleção da Técnica de Contenção de Areia Adequada

Bai

xa

Méd

ia

A

lta

Baixa Média Alta“Qualidade” da areia

Gravel Pack em Poço Aberto

Telas convencionais

Pro

bab

ilid

ade

de

pro

du

ção

de

arei

a n

a vi

da

do

po

ço

Page 114: Controle de Areia Engep2014

Árvore de Decisão

Page 115: Controle de Areia Engep2014
Page 116: Controle de Areia Engep2014

Simuladores

São utilizados para o planejamento de toda aoperação de gravel.

PressõesVazõesConcentração de propante

Page 117: Controle de Areia Engep2014

Simuladores

Page 118: Controle de Areia Engep2014

Simuladores

Page 119: Controle de Areia Engep2014

WSSVWell Service and Stimulation Vessel

Page 120: Controle de Areia Engep2014

WSSV

Blue Angel15.000 psi

13.800 hp de bombeio970tm de armazenamento de propante

Page 121: Controle de Areia Engep2014

WSSV

Blue Angel15.000 psi

13.800 hp de bombeio970tm de armazenamento de propante

Page 122: Controle de Areia Engep2014

Blue Shark15.000 psi

10.600 hp de bombeio650tm de armazenamento de propante

WSSV

Page 123: Controle de Areia Engep2014

Blue Marlin15.000 psi

12.800 hp de bombeio970tm de armazenamento de propante

WSSV

Page 124: Controle de Areia Engep2014

DeepSTIM Brasil I15.000 psi

16.850 hp de bombeio650tm de armazenamento de propante

WSSV

Page 125: Controle de Areia Engep2014

DeepSTIM Brasil II15.000 psi

21.450 hp de bombeio650tm de armazenamento de propante

WSSV