Controle de Areia

Luiz Otavio Almeida Bueno e Silva - PdS

Engenheiro de Petróleo

Petrobras

lobueno@gmail.com

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

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

• 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

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

• 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

Produção mundial de petróleo

Carbonatos60%

Arenitos40%

Introdução

Poços produtores de petróleo

Carbonatos10%

Arenitos Consolidados63%

Arenitos Inconsolidados27%

Introdução

Causas da produção de areia

• Ausência de agentes cimentantes.

• Velocidade do fluido (arraste)

• Depleção

• Mudança nas condições originais

Introdução

Introdução

Grãos cimentados

Grão original

Quartzo

Poros

Efeitos da produção de areia

• Danos aos equipamentos do poço.

• Danos aos equipamentos de superfície.

• Erosão.

• Bloqueio de linhas.

Introdução

Introdução

Introdução

Introdução

Introdução

Controle de Areia

Tela wire-wrapped

Introdução

Introdução

Entrada Fluido

Sólidos

Saída de gás

Gás

Espuma

ÓleoEmulsãoÁguaAreia

Introdução

Introdução

• O que é controle de areia?

• Porque o controle de areia é necessário?

• Como prever a produção de areia?

• Fluxo em um poço vertical

Introdução

• 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

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Introdução

TWC

Curvas Granulométricas

Introdução

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Introdução

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

• Porosidade > 30% - grande chance denecessidade de CA

• Porosidade < 20% - CA menos provável

• 20% < Porosidade < 30 % - ????

Introdução

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

• 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

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Introdução

Introdução

• Propriedades mecânicas da formação

• Perfis (sônico, densidade, neutrão)

• Porosidade

• Drawdown

• Análise por elementos finitos

• Water breakthrough

Introdução

Introdução

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Liner Rasgado

Liner Rasgado

Liner Rasgado

Liner Rasgado

• Rasgos em vários padrões

• 3 % - 6% da área

• Perfil Keystone – evita entupimentos

• Mais barato que telas

• Indicado para poços de baixaprodutividade

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Tela wire-wrapped

Tubo base

Fio soldado

Tela wire-wrapped

Tela wire-wrapped

• Pequena área de fluxo

• Fio soldado c/ perfil keystone

• 2 x D10

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Tela Pre-Packed

Tela Pre-Packed

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Shroud Meio Filtrante

Tubo Base

Tela Metálica com Shroud

Controle de Areia

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Controle de Areia

Telas Expansíveis

Telas Expansíveis

Vídeo 1Vídeo 2

• Liner Rasgado

• Tela wire-wrapped

• Tela pre-packed

• Tela metálica c/ shroud

• Tela Expansível

• Packers

Equipamentos de Controle de Areia

Packers

Swell Packer

Packers

ECP

Técnicas de Controle de Areia

Poço revestido cimentado

Poço aberto comGravel Pack

Poço revestido com Gravel Pack

Poço Aberto

LinerFurado

• Sem controle

• Resina

• Perfuração seletiva

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

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

Sem Controle

Ponte formada pelos grãos da

formação

Fluxo

Fluxo

Fluxo

Cimento

Sem Controle

Velocidade

Velocidade de escorregamento

Sem Controle

Sem Controle

• 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

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Métodos de Controle de Areia

Resina

• 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

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Métodos de Controle de Areia

Perfuração Orientada

Perfuração Orientada

Perfuração Orientada

Perfuração Orientada

• Poços Horizontais

• Grandes diferenças entre tensões

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

• Casos de sucesso – VARG Field -Noruega

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Stand Alone

• Tela posicionada diretamente em frenteà formação – sem propante

• Cu=D40/D90 < 5

• Finos < 5%

• Poucos poços candidatos

Stand Alone

% A

cum

ula

da

de

par

tícu

las

% Diâmetro equivalente (microns)

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

ICD – Inflow Control Devices• Diminuem o fluxo anular

• Minimizam criação de “hot spots”

• Equalizam o fluxo por toda extensão

Vídeo1

Vídeo2

Stand Alone

Stand Alone

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Gravel Pack em Poço Revestido

Cimento

TelasRevestimento

Canhoneadospreenchidos pelo Gravel Pack

Formação

Gravel Pack em Poço Revestido

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

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

Gravel Pack em Poço Revestido

Seleção do Gravel

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

Posição Squeeze

Tudo que é injetado na coluna vaipara a formação.

Gravel Pack em Poço Revestido

Posição de Circulação

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

Gravel Pack em Poço Revestido

Posição de Circulação Reversa

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

Gravel Pack em Poço Revestido

Gravel Pack em Poço Revestido

Deslocamento do Propante

• Slurry Pack – alta concentração de propante

• Water Pack – em desuso

• High Rate Water Pack – altas vazões

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

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

Gravel Pack em Poço Revestido

VídeoVídeo

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

Areia da formação

nãoUniforme

Tela

Pacote de areiado gravel Uniforme

Gravel Pack em Poço Aberto

Gravel Pack em Poço Aberto

Gravel Pack com projeto adequado

Gravel Pack parcialmente plugueado

Gravel Pack em Poço Aberto

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

Vídeo 1Vídeo 2

Gravel Pack em Poço Aberto

• Sem controle

• Resina

• Perfuração Orientada

• Stand Alone

• Gravel Pack em poço revestido

• Gravel Pack em poço aberto

• Frac Pack

Técnicas de Controle de Areia

Frac Pack

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

• 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

Frac Pack

Frac Pack

Esfera de isolamento

Selos entre Gravel Packs

VIF

Cauda da completação superior

Frac Pack

Step Rate Test (SRT)

Frac Pack

Step Rate Test (SRT)

Frac Pack

Mini Frac

Frac Pack

Vídeo 1

Frac Pack

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

Árvore de Decisão

Simuladores

São utilizados para o planejamento de toda aoperação de gravel.

PressõesVazõesConcentração de propante

Simuladores

Simuladores

WSSVWell Service and Stimulation Vessel

WSSV

Blue Angel15.000 psi

13.800 hp de bombeio970tm de armazenamento de propante

WSSV

Blue Angel15.000 psi

13.800 hp de bombeio970tm de armazenamento de propante

Blue Shark15.000 psi

10.600 hp de bombeio650tm de armazenamento de propante

WSSV

Blue Marlin15.000 psi

12.800 hp de bombeio970tm de armazenamento de propante

WSSV

DeepSTIM Brasil I15.000 psi

16.850 hp de bombeio650tm de armazenamento de propante

WSSV

DeepSTIM Brasil II15.000 psi

21.450 hp de bombeio650tm de armazenamento de propante

WSSV