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8 INTRODUÇÃO A PERFURAÇÃO DIRECIONAL Robson Esdras Dantas de Araújo* Resumo: A perfuração de poços tem evoluído com o passar dos anos, a necessidade de extrair o petróleo de reservatórios que se encontram em águas profundas e ultraprofundas tem sido vencidas ao longo do tempo. A perfuração direcional também tem sido vista como um método de aumentar a produtividade de um poço, ao mesmo tempo em que se reduz o impacto ambiental. Os poços direcionais com grandes inclinações e os horizontais constituem hoje o padrão usado na indústria para poços de desenvolvimento. Palavra-chaves: Poços. Direcional. Perfuração. 1. INTRODUÇÃO A perfuração Direcional é uma técnica utilizada para manter o poço de exploração de petróleo em um rumo predeterminado, permitindo que o objetivo seja alcançado, já que essa técnica é utilizada quando o objetivo não se encontra na mesma direção vertical da cabeça do poço, em muitos casos os reservatórios de Petróleo estão localizados em pontos de difícil acesso. A perfuração direcional começou com uma operação reparadora de alguns problemas especiais da perfuração tais como desvios a partir de um poço já perfurado (Sidetrack), motivados por um peixe ou “ferramenta” deixada no poço. Vários são os motivos para a aplicação desse tipo de perfuração, poços direcionais para exploração, a partir de uma plataforma única, para exploração de novas reservas em áreas urbanas e de proteção ambiental, em zonas fraturadas ou em áreas de domos salinos, para controle de Blowout (poço de alívio) e poços multilaterais. ___________________________________________________________________ Bacharel em Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte

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Page 1: Introdução e Perfuração Direcional.pdf

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INTRODUÇÃO A PERFURAÇÃO DIRECIONAL

Robson Esdras Dantas de Araújo*

Resumo: A perfuração de poços tem evoluído com o passar dos anos, a necessidade de extrair o petróleo de reservatórios que se encontram em águas profundas e ultraprofundas tem sido vencidas ao longo do tempo. A perfuração direcional também tem sido vista como um método de aumentar a produtividade de um poço, ao mesmo tempo em que se reduz o impacto ambiental. Os poços direcionais com grandes inclinações e os horizontais constituem hoje o padrão usado na indústria para poços de desenvolvimento.

Palavra-chaves: Poços. Direcional. Perfuração.

1. INTRODUÇÃO

A perfuração Direcional é uma técnica utilizada para manter o poço de

exploração de petróleo em um rumo predeterminado, permitindo que o objetivo seja

alcançado, já que essa técnica é utilizada quando o objetivo não se encontra na

mesma direção vertical da cabeça do poço, em muitos casos os reservatórios de

Petróleo estão localizados em pontos de difícil acesso.

A perfuração direcional começou com uma operação reparadora de

alguns problemas especiais da perfuração tais como desvios a partir de um poço já

perfurado (Sidetrack), motivados por um peixe ou “ferramenta” deixada no poço.

Vários são os motivos para a aplicação desse tipo de perfuração, poços

direcionais para exploração, a partir de uma plataforma única, para exploração de

novas reservas em áreas urbanas e de proteção ambiental, em zonas fraturadas ou

em áreas de domos salinos, para controle de Blowout (poço de alívio) e poços

multilaterais.

___________________________________________________________________

Bacharel em Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte

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No Brasil essa técnica tem sido utilizada em campos terrestres, como por

exemplo, na Bahia, onde existem áreas com muitas falhas geológicas que afastam

consideravelmente o objeto da verticalidade na superfície onde inicia o poço. No Rio

Grande do Norte tem histórico de poços direcionais na região dos Poços de Salina

Cristal.

Figura 1. Perfuração Direcional em Domo Salino

Fonte: Perfuração Direcional

O objetivo deste trabalho é de demonstrar as técnicas, e a importância

dos poços direcionais, levando ao leitor uma metodologia fácil e explicando alguns

modos e técnicas para um melhor entendimento dessa técnica que hoje é a mais

usada para perfuração de novos poços ou para o desenvolvimento dos mesmos.

Os assuntos abordados aqui foram pesquisados na literatura existente,

como livros que hoje são utilizados para o ensino da exploração do petróleo,

apostilas e trabalhos.

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Figura 2. Perfuração de poços direcionais

Fonte: Perfuração Direcional

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2. PLANEJAMENTO DE POÇOS

O desvio intencional de um poço compreende vários fatores, que devem

ser levado em conta. Como o custo da operação de perfuração é muito cara, um

planejamento bem criterioso é fundamental, pra selecionar as ferramentas corretas e

os melhores métodos, esse processo se bem planejado irá alcançar uma melhor

eficiência operacional e melhores resultados econômicos (ROCHA,2008).

O poço é caracterizado direcional quando a linha vertical que passa pelo

objetivo fica localizada a certa distância da cabeça do poço, essa distância é

chamada de afastamento do objetivo e em cada profundidade terá um determinado

afastamento da cabeça do poço. O caminho percorrido pela broca partindo da

cabeça do poço até atingir o objetivo, e essa trajetória é chamada de trajetória

direcional.

O objetivo é o ponto no espaço que a trajetória deve atingir e uma das

principais razões da existência do poço direcional, ele deve estar perfeitamente

definido. Sua forma e tamanho dependem, geralmente, das características

geológicas e da localização das zonas produtoras. Em se tratando de um campo em

desenvolvimento, o raio de drenagem também deve ser levado em conta.

Geralmente, é definido pelo geólogo ou pelo Engenheiro de Reservatório e pode ser

um ponto em profundidade ou mesmo uma seção interna de formação. Na

perfuração direcional um poço pode passar por mais de um objetivo dependendo da

quantidade de ganho e perda de ângulo, e para isso o mesmo terá que atingir um ou

mais alvos, esse termo é conhecido como sendo a área definida pelo raio de

tolerância, ou seja, a área ao redor do objetivo onde considera-se que este será

atingido, essa tolerância é uma maneira de compensação das incertezas geológicas

e outras associadas a perfuração.

Podemos dizer que o poço é direcional se o mesmo tem ganho de ângulo

proposital, esse ganho de ângulo entre o vetor local gravitacional e a tangente ao

eixo do poço é chamado de inclinação, por convenção temos que 0° é o ângulo

utilizado para um poço vertical e 90° para um poço horizontal.

Como projeto do poço é fundamental para que o tempo da sonda seja o

mais econômico possível, fazem-se projeções horizontais e verticais, pois existem

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fatores que tendem a desviar lateralmente a broca, a trajetória de um poço direcional

é uma curva no espaço. Para obter uma representação gráfica dessa curva, ela é

projetada em dois planos, um horizontal e outro vertical, que normalmente contêm a

locação e o objetivo. A projeção Horizontal possibilita uma visão do topo do poço

direcional. Esta projeção é geralmente usada para visualizar e corrigir a direção

durante a perfuração, contudo não se pode saber qual a profundidade ou inclinação

se encontra o poço. A projeção Vertical possibilita observar a projeção vertical desse

poço, onde os seus eixos são a Profundidades Verticais (PV) e o Afastamento

horizontal em relação a um determinado Azimute do plano de projeção. Essa

projeção auxilia na correção da inclinação do poço caso o mesmo não esteja de

acordo com o escopo do projeto.

Na indústria do petróleo usa-se conceitos básicos obtidos da projeção

vertical e utilizado para o planejamento de um poço direcional como KOP (kickoff

point), inclinação do poço, ângulo máximo do trecho reto, buildup, buldup rate, end-

of-bildup, seção tangente (Slant) drop off, dog leg e dog leg severity e raio de

curvatura. O KOP é o ponto no qual a primeira ferramenta defletora é descida e

inicia o incremento de ângulo, o KOP deve ser cuidadosamente selecionado a fim de

que, o máximo ângulo ao término do buildup, se situe dentro dos limites econômicos,

menos problemas são encontrados, quando o ângulo do poço está entre 20° e 45°.

A formação onde o KOP é feito, pode decidir qual o tipo de ferramenta defletora será

usada. Sempre que possível, deve-se posicionar o KOP, de modo a se ter o final do

buildup, um ângulo máximo de 30°. Quando o poço começa a ganhar ângulo, a

inclinação do poço é o ganho ou perda real de ângulo do poço, que após esse

ganho real o poço terá um trecho reto constante que é chamado de ângulo máximo

do trecho reto, essa variação de ângulo com a profundidade do poço a cada seção é

chamado de Build up, e o final do Build up é chamado de EOB (end-of-buid up). Em

poços direcionais do tipo II, quando o poço começa perder ângulo, essa manobra é

chamada de Drop off, onde em poços convencionais os valores de perda de ângulo

está entre 1° e 2° a cada 30 metros, e o ângulo no espaço formado por dois vetores

tangentes do poço em dois pontos em consideração é chamado de Dog leg, ele é a

mudança total de ângulo existente entre duas estações do poço, ou seja, a curvatura

total efetuada pelo poço entre estas duas estações, um dog leg pode ser portanto,

resultado de uma mudança de direção, mudança de ângulo, ou ambos ao mesmo

tempo. Todos os poços direcionais por sua própria natureza têm do leg. O dog leg

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por mais intenso que seja não causa problemas de imediato. São os Drill Pipes, que

sob tração, se comprimem fortemente contra a parede do poço nos intervalos de

maior dog leg, os drill pipes sofrem rápidos desgastes das juntas dos mesmos

formando chavetas podendo prender os comandos, desgastes localizados na coluna

de revestimento entre outros (ROCHA, 2008).

Figura 3. Pontos Básicos de uma perfuração direcional

Fonte: Perfuração Direcional

Os poços direcionais podem ser classificados pelo seu grau de

severidade, e essa classificação pode ser feita quanto ao seu raio de curvatura, ao

afastamento ou ao giro.

Quanto ao Raio de Curvatura, os poços podem ser classificados em raio

longo, médio, intermediário e curto. O BUR (Buildup rate) indica quantos metros de

poço deverão ser perfurados para que haja inclinação do poço. A taxa de Buildup,

mais usadas é de 2,5°/30m que implica em um raio de curvatura de 688m e em geral

não apresentam problemas. Dependendo do caso podem-se usar taxas mais suaves

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como 2°/30m ou 1°/30m, que poderão minimizar problemas como “drag”, torque e

repasse. Taxas em torno de 4°/30m ou maiores só deveram ser usadas quando for

inevitável um crescimento mais rápido da inclinação (ROCHA, 2008).

Figura 4. Raios de curvatura

Fonte: Perfuração Direcional

Classificação Build Up Rate (BUR) em (°/30 metros) Raio (m)

Raio longo 2 - 8 859 - 215 Raio médio 8 - 30 215 - 57 Raio Intermediário 30 - 60 57 - 29 Raio Curto 60 - 200 29 - 9

Quadro 1. Classificação da Trajetória quanto ao Raio

Fonte: Perfuração Direcional

Para o planejamento do poço direcional o raio de curvatura será muito

importante, principalmente para poços de desenvolvimento, pois com as informações

do solo, pode-se saber se o KOP será mais fundo ou mais raso, se o raio de

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curvatura será longo, curto ou intermediário, e a partir dessas informações define-se

que tipo de poço será perfurado.

O afastamento do objetivo os poços podem ser classificados em

convencional, de grande afastamento ou afastamento severo. Essa classificação

está relacionada com a razão entre o afastamento e a profundidade vertical, em

poços marítimos tem-se que descontar a metragem da lâmina d’agua.

Figura 5. Esquema para explicar o afastamento

Fonte: Perfuração Direcional

O giro do poço pode ser classificado em 2D, ou 3D, este último conhecido

como Designer Wells, esse poços não se atentam em um único plano vertical, os

poços Designer Wells podem ter grande profundidades medidas e relativamente

pequenos afastamentos.

Um poço direcional pode ter um ou mais objetivos que podem ser

estruturas geológicas, marcos geológicos como falhas, outros poços como nos

casos de poços de alívio, ou a combinação de alguns desses, para isso tem-se que

estabelecer o tipo de trajetória e que tipo de poço deverá ser perfurado diante

dessas informações e vários fatores podem afetar essa trajetória direcional, como:

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limitações do poço e afastamento, de limpeza do poço e pressões do fundo do poço,

aspectos geológicos, formações instáveis dentre outros. Portanto as trajetórias

direcionais planejadas podem estar compreendidas em um único plano (2D) ou em

mais de uma dimensão (3D).

Figura 6. Vista de um poço 3D no espaço.

Fonte: Perfuração Direcional

As trajetórias dos poços podem ser classificadas como do tipo I e tipo II,

ou horizontais.

Em poços do Tipo I o poço é projetado de modo a se ter a deflexão inicial

a pouca profundidade. Uma vez que o ângulo predeterminado é alcançado, um

revestimento de superfície é assentado e cimentado. A partir desse ponto, o poço é

perfurado em linha reta até o alvo. Este tipo de projeto é usado principalmente em

poços de profundidade moderada, em regiões que a zona de interesse está em um

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só intervalo e o revestimento intermediário não se torna necessário. É usado

também na perfuração de poços com grande afastamento lateral.

A trajetória do Tipo I é composta basicamente por três seções, seção

vertical finalizada pelo KOP, uma seção de ganho de ângulo e um trecho tangente

(Slant) opcional. Em poços direcionais do tipo I pode-se ter com KOP raso, ou KOP

profundo.

Em poços do Tipo II, também conhecido de tipo “S”, nesses poços a sua

deflexão inicial inicia-se próximo à superfície, após ser alçado o ângulo na direção

pré-estabelecida, e o seu revestimento de superfície é descido e cimentado, e o

poço segue em linha reta até quase todo o afastamento lateral ser alcançado, logo

após o mesmo ganha um novo ângulo novamente retornando a verticalidade, até

chegar ao objetivo (reservatório).

Esse tipo de poço é utilizado quando se necessita reduzir o ângulo final

de entrada no reservatório devido às limitações do objetivo. Embora seja comum

esse tipo de poço na indústria do Petróleo, eles possuem algumas desvantagens,

como risco de prisão por chavetas, aumento do torque e do arraste da coluna de

perfuração, e ainda apresentar problemas em operações de perfilagens devido

mudança de inclinação.

Já em poços do Tipo III a deflexão inicial inicia-se em maiores

profundidades, e o seu ganho de ângulo é mantido até o poço atingir o alvo, e essa

deflexão do poço não é protegida por revestimento durante as operações de

perfuração, este tipo de configuração é geralmente usado para perfurar falhas ou

domos salinos, podendo ser usado também na perfuração exploratória a partir de um

poço seco anterior (HALLIBURTON).

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3. ASPECTOS DE UM PLANEJAMENTO DIRECIONAL

Para a perfuração de poços deverá ser dado inicialmente uma atenção especial

para que tipo de sonda deva ser usado, essa escolha será durante o planejamento

do poço. Para poços exploratórios (quando não se conhece a formação a ser

perfurada) existe uma tendência a poços verticais ou direcionais relativamente

simples, pois não se conhece a área e a formação a ser perfurada. Portanto, a

escolha da sonda pode não está relacionada à utilização de poço direcional. Porém

para poços de desenvolvimento (quando a área e a formação já são conhecidas)

que muitas vezes utiliza trajetórias mais complexas, essas trajetórias determinam a

especificação da sonda a ser usada.

Devem-se levar em consideração vários fatores para a seleção da sonda e

seus equipamentos, que incluem: Capacidade de carga da sonda, capacidade do

sistema de circulação de fluidos de perfuração, estado de conservação da coluna de

perfuração, potência dos geradores da sonda, manutenção da sonda para evitar

paradas, acidentes, e espaço para estocagem de material e pessoal. Perante esses

pontos escolhe-se ou adapta-se uma sonda, para perfurações direcionais.

O planejamento para perfuração do poço deve ser muito bem elaborado, e

trabalhado em cima dos detalhes e de possíveis problemas que possam ocorrer para

que possa ser sanados o quanto antes, pois os valores de locações da sonda,

equipamentos e pessoal, tem um custo elevado, caso ocorram problemas que

danifique e pare a sonda, o custo de perfuração poderá ficar muito caro, podendo

até ficar inviável.

O planejamento da trajetória do poço irá afetar todos os aspectos que sejam

relevantes em um programa de perfuração direcional do poço. Esses aspectos

passam pela escolha dos equipamentos que serão escolhidos para a perfuração,

para o revestimento e completação do poço, na limpeza, torque e arraste dos

cascalhos da perfuração, na perfilagem, dentre outras operações que possa ser

realizadas no poço. Contudo, antes de verificar todos esses aspectos, deverá ser

verificada nas fases de perfuração do poço a sua proximidade com outros poços

para executar a análise anticolisão, com base nessa análise a trajetória do poço

poderá aumentar ou diminuir o KOP do poço, ou modificar a sua inclinação, suas

taxas de ganho de ângulo, ou até mesmo o tipo do poço.

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No planejamento da perfuração de poços o tipo do fluido a ser usado é de

grande importância, pois o mesmo deverá ter a função de limpar, estabilizar a

pressão do poço, e esfriar os equipamentos, o seu uso no processo de perfuração

rotativa remonta os primórdios desta técnica removendo os cascalhos gerados pela

perfuração, estabilizando as paredes do poço, não reagindo com as formações

atravessadas dentre outros. Os fluidos de perfuração mais modernos são misturas

de sólidos e líquidos com produtos químicos ou gases, objetivando a otimização do

mesmo. Se o programa de fluido for adequado com o dimensionamento da broca ele

permitirá que a broca tenha uma maior penetração na formação, prevenirá

problemas com as prisões da broca, instabilidade do poço, elevados torques e drags

(arraste). Os principais aditivos dos fluidos de perfuração são:

Goma xantana, bentonita (viscosificante);

Amido, bentonita, lignitos (controladores de filtrados);

Cloreto de sódio, de potássio, polímeros catiônicos (inibidores de hidratação

de argilas);

Aminas (emulsifcantes);

Cal hidratada, soda caustica (alcalinizante);

Baritina, carbonato de cálcio (adensantes);

Carbonatos de cálcio, fibras e celulose (materiais de combate a perda de

circulação);

Triazina (bactericida);

Antiespumantes, anticorrosivos, floculantes, dispersantes e outros.

Então para um bom desempenho do fluido de perfuração o mesmo deve

ter como características suas, uma boa estabilidade química e aceitar tratamentos

químicos e físicos, ser bombeável, não danificar a formação produtora, não ser

corrosivo aos equipamentos de superfície e de subsuperfície, ter custos compatíveis

com a operação e não oferecer riscos a saúde e ao meio ambiente (ROCHA, 2008).

Para que o fluido de perfuração não ocasione nenhum problema durante

a perfuração algumas propriedades devem ser controladas durante a operação,

como a densidade, viscosidade, força gel, filtrado, teor de sólido, alcalinidade, pH,

teor de cloretos ou salinidade, resistência elétrica e teor de bentonita. Essas

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propriedades influenciam na limpeza do poço, na estabilidade da formação, perdas

de cargas (ECD) e na lubricidade do poço e dos equipamentos.

Outro ponto importante na perfuração de poços são as informações das

Geopressões - pressão dos poros, fraturamento e colapso do poço – que são a base

para a construção do poço, esse gradiente de pressão irá influenciar diretamente na

escolha do peso do fluido de perfuração a ser utilizado e no assentamento das

sapatas de revestimento das fases do poço. Essa estimativa de geopressões é de

suma importância que esteja correta, pois ela evitará influxos (kicks) do poço

(ROBERT, 1987).

Em poços direcionais a detecção de um kick e o seu controle ficam mais

difíceis com o aumento da inclinação e comprimento do poço. O risco de ocorrer um

influxo (kick) devido a um swab durante a manobra de remoção da coluna aumenta

significativamente com a inclinação do poço por diversas razões, como presença de

cascalho na parte baixa do poço, e pela maior quantidade de manobras efetuadas

em poços de grandes afastamentos.

Os kicks são mais difíceis de serem detectados em poços direcionais e

horizontais do que em poços verticais, pois poços direcionais geralmente exigem o

uso de fluidos não aquosos para melhorar a lubricidade, complicando a detecção de

um kick de gás devido à solubilidade do gás nesses tipos de fluidos e a dificuldade

de combater um kick em poços direcionais aumenta com a inclinação e comprimento

do poço devido à vazão de lama usada para combater um kick em poços com altas

inclinações geralmente não consegue deslocar totalmente os fluidos dentro do poço,

e as quantidades de lama e baritina aumenta com o comprimento do poço. Mesmo

para um pequeno volume de kick, o tempo de preparo da lama é longo, fazendo com

que o controle de poço seja demorado.

O torque, o arraste e a flambagem são resultados diretos de uma série de

fatores que incluem a trajetória do poço, coluna de perfuração, diâmetro do poço,

tipo de revestimento, limpeza do poço, fluidos de perfuração e completação.

O limite de torque depende da operação e do equipamento a ser utilizado

no poço e pode ser alcançado de diferentes maneiras. A cimentação é um exemplo

típico onde esse limite pode ser atingido, devido à necessidade de se girar a coluna

de revestimento ou liner, para melhorar a qualidade da cimentação.

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O arraste mais comumente referido com axial drag ou simplesmente drag,

geralmente se torna um problema para poços com grandes profundidades medidas

ou quando a sonda disponível tem baixa capacidade de carga.

A flambagem da coluna de perfuração, do revestimento da coluna de

completação é um fenômeno relativamente comum e normalmente controlável em

poços direcionais. No entanto, em poços de alta inclinação, a flambagem se torna

um grande problema, fazendo com que, por exemplo, durante a etapa de

perfuração, a coluna flambe dentro do poço, dificultando sua descida e

principalmente a transmissão de peso sobre a broca. O planejamento direcional

deve prever, então, o uso de fluido de perfuração com lubricidade adequada, a

rotação da coluna quando possível ou até mesmo pesos adicionais (stab-in weight)

na coluna, como, por exemplo, comandos de maiores diâmetros ou tubos mais

pesados (heavy-weight drillpipes), que serão vistos mais adiantes. A rotação e os

pesos adicionais irão aumentar a rigidez da coluna, reduzindo, assim, a flambagem

esperada (ROCHA, 2008).

O revestimento constitui uma das parcelas mais expressivas do custo da

perfuração de um poço de petróleo. O número de fases e o comprimento das

colunas de revestimento são determinados em função das pressões dos poros e da

fratura prevista, que indicam o risco de prisão da coluna por diferencial de pressão,

ocorrência de kicks, desmoronamento das paredes do poço ou perda do fluido de

perfuração para as formações.

O revestimento previne o desmoronamento das paredes do poço, evita a

contaminação da água potável dos lençóis freáticos mais próximos à superfície, o

retorno do fluido de perfuração à superfície, impede a migração de fluidos das

formações, sustenta os equipamentos de segurança de cabeça de poço.

Outra etapa da perfuração de poços de petróleo é a cimentação, ele tem

como objetivo propiciar o suporte mecânico ao revestimento e a vedação hidráulica

entre intervalos de formações permeáveis, evitando que fluidos migrem por trás do

revestimento. Dessa forma, tanto para poços verticais quanto para direcionais, o

revestimento deverá estar mais centralizado dentro do poço, fazendo com que a

cimentação o envolva de forma uniforme, para isso o uso de centralizadores na

coluna de revestimento, principalmente na parte que ficará em contato com o trecho

de ganho de ângulo, irá auxiliar na sua descida e prevenir o seu aprisionamento.

Page 15: Introdução e Perfuração Direcional.pdf

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A cimentação pode ser primária, ela é a principal cimentação, pois é

realizada logo após a descida de cada coluna de revestimento no poço. A qualidade

da cimentação primária é avaliada através de perfis acústicos corridos dentro do

revestimento, após a pega do cimento. Em casos que a cimentação primária não

alcançar a altura prevista no escopo anular pode-se efetuar uma recimentação.

Entretanto, a cimentação de poços horizontais e de grande afastamento

será mais complexa devido à dificuldade de centralização do revestimento, à maior

deposição de cascalho, à maior dificuldade de remoção do reboco e à grande

dificuldade ou até mesmo à impossibilidade de se girar a coluna.

O bombeamento e o volume de cimento gerado para dentro do poço e a

espera de tempo de pega do cimento demandaram muito tempo de sonda para os

poços de grande afastamento. Devido às incertezas da temperatura de fundo de

poço durante a circulação, é comum projetar pastas de cimento com tempo de pega

mais demorado.

A perfilagem a cabo para medir as propriedades das formações

fundamentais para a caracterização e avaliação econômica do reservatório é

geralmente operação realizada depois que o poço é perfurado. Hoje, a perfilagem

em tempo real é executada por equipamentos chamados LWD (Logging While

Drilling) e tornou-se bastante popular, esses equipamentos fazem parte da coluna de

perfuração e fornecem várias informações que incluem os perfis de raios gama

densidade, neutrão, sônico e resistividade.

A Substituição da operação de perfilagem a cabo pelo uso do LWD pode

ser uma boa opção principalmente em poços de grande inclinação, com grande

afastamento ou que enfrentem severos problemas de instabilidade das formações.

A Completação de poços consiste no conjunto de serviços efetuados no

poço desde o momento em que a broca atinge a base da zona produtora de

produção. Este é um conceito operacional da atividade, note que a cimentação do

revestimento de produção, ou seja, o que entra em contato com a zona produtora é,

por esta definição, uma atividade de Completação. Por outro lado a melhor definição

seria: A de transformação do esforço de perfuração em uma unidade produtiva

completamente equipada e com os requisitos de segurança atendidos, pronta para produzir

óleo e gás, gerando receitas.

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O requisito mínimo para que possa haver algum sucesso na completação

de um poço é o estabelecimento de uma comunicação limpa e efetiva entre o poço e

a formação. Dentre as técnicas para a perfuração desse canal de comunicação

poço/formação, a mais comumente utilizada é conhecida como canhoneio, gun

perforation ou Jet perforation1. Ela se refere à perfuração do revestimento, do

cimento e da formação através de cargas explosivas (THOMAS, 2004).

O processo convencional de canhoneio é baseado fundamentalmente no

emprego de cargas explosivas montadas em série em um suporte metálico e

introduzidas em uma peça tubular (também conhecida como canhão), responsável

pelo isolamento entre o explosivo e o poço. O canhão é então descido no poço,

tensionado por um cabo elétrico, que por sua vez conduz um pulso acionador das

cargas.

Figura 7. Corte de um canhoneio.

Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo

3.1 VANTAGENS DO CANHONEIO

Dentre as vantagens oferecidas pelo método de canhoneio, destacam-se:

Capacidade de viabilizar a produção de fluido de formações em poços que

encontram-se já revestidos, agregando mais estabilidade à completação;

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Seletividade na produção, devido aos diversos níveis da formação onde

ocorrem os disparos do canhão (mais detalhado a seguir).

Quadro 2. Métodos Pioneiros de Canhoneio

Fonte: Perfuração Direcional

Quanto ao sistema de classificação do canhoneio, este se dá em função

da pressão exercida junto à formação. O processo pode ser caracterizado como

Overbalance, Underbalance ou ainda Extreme Overbalance.

3.2 OVERBALANCE

O método de Overbalance baseia-se numa pressão positiva do poço em

relação à formação, exercida pelo fluido presente no poço (fluido de completação).

Devido a esse diferencial de pressão, logo após o canhoneio ocorre uma invasão do

fluido de completação dentro da área canhoneada, contaminando as imediações do

poço. Isto representa perigo para a completação, pois caso haja uma

incompatibilidade entre o fluido e as argilas da formação, então pode-se provocar um

dano tal que só seja possível a descontaminação através de tratamento químico

específico, o que acarretaria mais gastos com o poço.

Além disso, outro problema que ocorre no processo de Overbalance é a

compactação dos detritos da explosão nos poros da formação. O fluxo que se inicia

após o disparo acaba por empurrar os resíduos dos explosivos, do cimento e do

revestimento, assim como outras partículas existentes na lama ou no fluido de

completação, em direção aos poros da formação. Este fenômeno é chamado

tamponamento, e vem a dificultar o fluxo de fluido da formação em direção ao poço,

implicando em queda de produtividade. O Overbalance lança mão das válvulas de

fechamento de emergência do poço (BOP) durante o canhoneio, o que possibilita

que os disparos ocorram antes que a completação do poço esteja totalmente

finalizada (os fluxos dos fluidos são controlados de acordo com as seções do poço).

Page 18: Introdução e Perfuração Direcional.pdf

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3.3 UNDERBALANCE

O método de Underbalance, como o próprio nome já sugere, tem como

mecanismo principal o inverso do Overbalance. Isto significa que agora a pressão

exercida é no sentido da formação para o poço.

Este método busca solucionar as deficiências apresentadas pelo

Overbalance. O diferencial contrário de pressão passa a ser, neste novo caso,

favorável à limpeza dos detritos do canhoneio imediatamente após a explosão,

prevenindo assim o tamponamento. Outra vantagem é que, se o fluxo tende a ser da

formação para o poço, então também não deve haver contaminação da formação

pelo fluido do poço. Para o canhoneio por Underbalance é necessário que o poço

seja totalmente completado antes de se iniciar o processo, visto que a pressão

negativa no poço em relação à formação indica que logo que os disparos ocorram, o

poço dará início à produção do fluido da formação. Esta capacidade de início

imediato da produção é uma das principais vantagens do Underbalance.

O Underbalance é mais seguro que o Overbalance no sentido de que o

poço não fica exposto em momento algum, levando-se em conta que as maiores

incidências de blow outs ocorrem durante as operações de completação.

Em muitos casos, a técnica de Underbalance é considerada a mais

adequada para a completação, entretanto não se pode generalizar tal adequação.

Apesar de bastante conhecida, esta técnica não pode ser tida como totalmente

dominada. Inúmeros problemas já foram constatados, envolvendo deformação nos

revestimentos, instabilidade e colapso dos furos canhoneados com conseqüente

produção de areia.

Portanto deve-se estudar cautelosamente os impactos deste tipo de

canhoneio na formação. Em geral o Underbalance é preferível ao Overbalance,

devido à limpeza dos detritos da explosão, o que desobstrui as vias para

escoamento do fluido da formação. Porém, algumas pesquisas indicam que, para

reservatórios de gás altamente pressurizados, o canhoneio com Overbalance pode

obter melhores resultados que aquele com Underbalance.

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26

3.4 EXTREME OVERBALANCE (EOB)

Este método é uma variação do primeiro apresentado (Overbalance), e se

baseia numa altíssima pressão no sentido do poço para a formação. Os principais

objetivos do EOB são basicamente limpar os túneis dos canhoneados dos resíduos

sólidos ou depositados, resultantes do disparo das cargas, e criar fraturas de

pequena penetração e alta condutividade que ultrapassem a região danificada pelo

fluido de perfuração e pelo próprio canhoneio, ampliando o raio de drenagem do

poço.

Para a efetivação dessas metas, dois processos são combinados:

O grande excesso de pressão e a ação do fluxo de fluido e gás pelos

canhoneados, no momento do disparo das cargas, asseguram a completa

remoção de quaisquer resíduos que possam bloquear a entrada dos

canhoneados, forçando-os para o fundo dos túneis (estudos mostram que

apenas a porção intermediária do túnel de canhoneio está apta a contribuir

com o fluxo de fluidos, no caso do canhoneio convencional);

A alta pressão no poço resulta em ruptura abrupta da formação, criando

fraturas radiais, de pequena penetração, a partir do túnel canhoneado, cuja

extensão ultrapassa a zona danificada pelo fluido de perfuração e pelo próprio

canhoneio do poço.

A elevada pressão no EOB é produzida por aplicação direta na cabeça do

poço (como se pode observar na figura a seguir). Os fluidos utilizados no poço são o

fluido de completação e N2 (gás).

A completação a poço aberto é freqüentemente utilizada em espessas

seções de reservatórios constituídos por tipos de rochas bem firmes. É o método

mais antigo de completação de poços. As vantagens deste método são as

seguintes:

A zona de interesse inteira é aberta para a coluna;

Não há gasto com canhoneio do revestimento;

Existe a intercomunicação de fluidos em todo o intervalo aberto para

produção;

O drawdown pode ser reduzido por causa da larga área de fluxo;

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Há uma redução no custo do revestimento;

O poço pode ser facilmente aprofundado;

A completação pode ser facilmente convertida para outro tipo de completação

como o liner rasgado ou revestimento canhoneado;

Pelo fato de não haver revestimento, não há risco de haver dano à formação

causada pelo cimento.

A completação a poço aberto é particularmente atrativa quando há

dificuldade de identificação do retorno líquido financeiro durante o período de

completação; ou onde perdas com uma filtragem ruim do fluido de perfuração pode

levar a grandes prejuízos.

Porém existem desvantagens e limitações deste método de completação,

são elas:

Formações que apresentam grandes razões gás-óleo / água-óleo

normalmente não podem ser controladas porque todo o intervalo é aberto

para produção;

O controle do poço durante a completação pode ser mais difícil;

A técnica não é aceitável para formações constituídas por reservatórios

separados que contêm fluidos com propriedades incompatíveis;

As diversas zonas dentro do intervalo de completação não podem ser

facilmente selecionadas;

Este tipo de completação vai requerer freqüentes limpezas se houver

produção de areia ou se a formação não estiver estável.

Figura 8. Á interface entre a coluna e reservatório: a) Completação a poço aberto; b) Liner

rasgado ou canhoneado; c) Revestimento canhoneado. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo

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Figura 9. Número de zonas completadas: a) Simples; b) Seletiva; c) Múltiplas.

Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo

3.5 LINER RASGADO OU CANHONEADO

Para controlar problemas de desmoronamento, os primeiros produtores

de petróleo colocaram tubos com fendas ou telas na parte inferior do poço como um

filtro de areia.

O uso deste tipo de completação como método para controle de areia

vem se tornando muito popular hoje em dia em algumas áreas. Este método tem

praticamente as mesmas vantagens e desvantagens da completação a poço aberto.

Na maneira mais simples e antiga um tubo com fendas é colocado dentro

do poço. As fendas são pequenas o suficiente para que a areia fique retida. Para

areias muito finas são colocadas telas de arame. Esta técnica é um método de

controle de areia razoavelmente eficaz.

Algumas vezes este é o único método de controle de areia que pode ser

usado por causa da perda de pressão e considerações sobre a geometria do poço.

Entretanto, este método não é muito recomendado por que:

O movimento da areia para a coluna faz com que haja um impedimento da

permeabilidade devido à mistura de diferentes de tamanhos de grãos.

Grãos de areia finos tendem a obstruir a tela.

A tela pode sofrer desgaste devido à movimentação da areia.

Um suporte ineficaz da formação pode causar desabamento.

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Para solucionar estes problemas, o anular entre o poço e a tela é

preenchido com grãos de areias mais grossos. A areia ou cascalho serve como

suporte para a parede do poço e para prevenir o movimento de areia. Este método

pode remover alguns dos estragos causados pelo fluido de perfuração.

3.6 REVESTIMENTOS CANHONEADOS

O método mais comum de completação envolve cimentação do

revestimento na área de interesse, onde a comunicação com a formação é feita

através de buracos perfurados no revestimento e no cimento, denominados

canhoneados.

Este canhoneio é feito para comunicar o interior do poço com a zona de

interesse. Se o poço é revestido e não perfurado durante os estágios iniciais da

operação de perfuração, o controle do poço é mais fácil e os custos de completação

podem ser reduzidos.

Usando várias técnicas de controle de profundidade, é possível decidir

quais zonas serão perfuradas e abertas para produção, evitando assim, a

comunicação de fluidos indesejáveis como gás e água, zonas fracas que podem

produzir areia ou ainda, zonas improdutivas.

Esta seletividade que é completamente dependente de um bom trabalho

de cimentação e canhoneio adequado também permite que um simples poço

produza vários reservatórios separados, sem que haja comunicação entre eles.

Este canhoneio pode também ser usado para controlar o fluxo da zona de

interesse, fechando o canhoneado ou injetando fluidos para transformar as zonas

em menos permeáveis.

A decisão de colocação do revestimento pode ser adiada até que a

avaliação do reservatório seja concluída, reduzindo gastos com poços secos. Em

suma, as vantagens desta completação incluem:

Operações mais seguras;

Seleção mais segura das zonas a serem completadas;

Redução da relevância de estragos causados pela perfuração;

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Facilitação da estimulação seletiva;

Possibilidade de completação em zonas múltiplas;

Custos reduzidos com poços secos;

Planejamento mais fácil de operações de completação.

Este tipo de completação é geralmente usado, a menos que haja uma

razão específica para preferir outro tipo de completação.

3.7 COMPLETAÇÃO PARA POÇOS COM BOMBAS

A completação também é classificada de acordo com o método de

produção e o número de zonas produzidas. Poços equipados com bombas de fundo

são completados com anular aberto através do qual o gás vai para a superfície.

Todos os sistemas de bombeamento se tornam ineficientes na presença de gás.

3.8 COMPLETAÇÃO DE MÚLTIPLAS ZONAS

Para completação de múltiplas zonas o principal é saber o que se deseja

produzir. Quando um poço encontra mais de uma zona de interesse, a decisão deve

ser tomada frente aos seguintes aspectos:

Produzir as zonas individualmente, uma depois da outra, através de uma linha

única;

Completar o poço com várias linhas e produzir várias zonas simultaneamente;

Misturar várias zonas numa única completação; ou

Produzir uma única zona por esse poço, e perfurar poços adicionais para as

outras acumulações;

Esta decisão deve ser baseada numa comparação econômica das

alternativas, porém a completação de múltiplas zonas, com uma única linha de

produção, são freqüentemente preferíveis porque quando se trabalha com linhas

duplas, o tamanho do revestimento limita o diâmetro, que, por sua vez, limita o fluxo

obtido através de cada linha. . Estas completações podem também ser usadas para

minimizar custos de completação, que é freqüentemente a razão para limitar o

tamanho do revestimento de produção. Completações com linhas duplas podem ser

paralelas ou concêntricas. Onde a elevação artificial pode ser requerida, linhas

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paralelas são freqüentemente usadas. Linhas concêntricas requerem menos

remoção de cascalhos e podem alcançar uma capacidade mais alta de fluxo.

Completações com linhas triplas têm sido também utilizadas em algumas

áreas, mas são muito limitadas em capacidade de poço para que sejam

economicamente atrativas como completações convencionais. Completações com

múltiplas linhas sem tubulação são, às vezes, usadas para completação de

reservatórios empilhados que têm reservas individuais pequenas e pressões

normais. Estas completações são particularmente atrativas para retirar pequenas

acumulações de óleo abaixo de grandes reservatórios de gás e para baixo custo

com o gás. A melhoria no design e qualidade dos equipamentos dos mais

convencionais métodos de completação tem resultado numa diminuição de

popularidade deste último tipo de instalação.

Além dessas etapas mais algumas outras estão presentes na perfuração

de poços verticais e direcionais. De um modo geral, um poço direcional leva mais

tempo para ser perfurado e custa mais que um poço vertical que tenha a mesma

profundidade vertical. Alguns tipos de poços direcionais, como o ERW e desingner

Wells, com seções de ganho de ângulo (buildup) rasas, altos ângulos e longas

profundidades medidas, têm custos e discos ainda maiores. A previsão do

desempenho do poço, definido como a relação da profundidade versus tempo, é

feita com base em poços perfurados na área ou em locais semelhantes. O custo por

sua vez leva em consideração o desempenho do poço e os diversos custos de

serviços e material que serão gastos. O resultado da previsão do custo geralmente

leva em conta os seguintes itens:

Custos diários de sonda;

Custos diários de aluguel de equipamentos adicionais;

Custos diários de logística (barcos, helicópteros, etc.)

Comprimento da coluna de revestimento;

Quantidade de materiais (cimento, fluido de perfuração, brocas, etc.)

Custos de pescaria;

Custos de controle de poços.

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4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com o estudo apresentado neste trabalho, pode-se verificar as etapas da

perfuração e completação de poços, além de mostrar pontos da perfuração

direcional.

Em uma perfuração direcional, há vários estudo e projetos, para

verificação de qual tipo de poço é mais adequado e mais econômico, para que o

poço seja perfurado, visando à melhor e mais rápida forma para execução do

mesmo.

Hoje em dia a perfuração direcional é muito utilizada, pois, além do poder

de alcance do reservatório ser melhor, principalmente em relação a poços de difícil

acesso.

Os equipamentos que são utilizados hoje podem proporcionar uma melhor

eficácia na perfuração, tentando minimizar o tempo no intuito de também minimizar

os custos da mesma.

Portanto, um planejamento bem elaborado e detalhado, é fundamental,

para a execução de um poço direcional, principalmente na escolha da sonda e dos

equipamentos a compõe.

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INTRODUCTION DIRECTIONAL DRILLING

Abstract: The drilling has evolved over the years, the need to extract oil from

reservoirs that are in deep and ultra deep waters have been won over time.

Directional drilling has also been seen as a method of increasing the productivity of a

well, while it reduces the environmental impact. The directional wells with large

horizontal gradients and are now the standard used in industry to development wells.

Keywords: Wells. Directional. Drilling.

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REFERÊNCIAS

MACHADO, Jorge Barreto. Curso básico de perfuração direcional. Halliburton. Versão 2.0. ROCHA, Luiz Alberto Santos. Perfuração direcional. 2° edição. Rio de Janeiro: Interciência. Petrobras. IBP.2008. THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de engenharia de petróleo. 2° edição. Rio de Janeiro: Interciência. Petrobras, 2004. WELL COMPLETION DESIGN AND PRACTICES, Pearson, Robert M., International human resources development corporation, 1987