Aluno: Francisco Anderson Turma: 8:00 às 10:00

Professor: Valdemir Mariano

SUMÁRIO

Introdução........................................................................................................04

1-Perfuração de poços de Petróleo...............................................................05

2-Métodos de perfuração................................................................................05

2.1-Método rotativo convencional..................................................................05

2.2-Método Top-Driver.....................................................................................05

2.3-Método motor de fundo.............................................................................05

3-Sistemas de uma sonda de perfuração......................................................05

4-Sistema de sustentação de carga...............................................................06

4.1-Componentes do sistema de sustentação de cargas............................06

5-Sistema de movimentação de cargas.........................................................06

5.1-Componentes do sistema de movimentação de cargas........................07

6-Sistema de rotação.......................................................................................08

6.1-Método rotativo com mesa rotativa.........................................................08

6.2-Método Top-Driver.....................................................................................09

6.3-Método Motor de fundo.............................................................................09

7-Sistema de circulação..................................................................................09

8-Sistema de monitoramento..........................................................................11

9-Coluna de perfuração...................................................................................11

10-Tubos de perfuração..................................................................................12

11-Brocas..........................................................................................................13

11.1-Brocas sem partes móveis.....................................................................13

11.2-Brocas com partes móveis.....................................................................13

11.3-Brocas especiais.....................................................................................13

12-Fluídos de perfuração................................................................................14

12.1-Fluídos à base de água...........................................................................14

12.2-Fluídos à base de óleo............................................................................14

12.3-Fluídos de base sintética........................................................................14

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SUMÁRIO

13-Revestimento de poços.............................................................................14

13.1-Os tubos de revestimento......................................................................15

14-Cimentação.................................................................................................15

14.-1Acessórios de cimentação.....................................................................15

Conclusão........................................................................................................16

Bibliografia..................... .................................................................................17

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Introdução

Tecnicamente a perfuração de poços consiste no conjunto de varia

operações e atividades necessária para atravessar as formações geológicas

que formam a porção superficial da crosta terrestre, com objetivos pré-

determinados, até atingir o objetivo principal que é a prospecção do

hidrocarboneto. Nas atividades de perfuração de poços de petróleo utilizam-se

sondas de perfuração, que consiste em um conjunto de equipamentos bastante

complexos, existindo grande variedade de tipos. Tais sondas podem ser

terrestres ou marítimas, conforme o local de operação. Uma característica que

chama a atenção nas sondas de perfuração é a presença de uma torre (torre

de perfuração ou derrick), cuja a função é permitir o manuseio dos tubos de

perfuração seja realizado em seções de três tubos, o que confere maior

agilidade na operação.

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1- PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO

A perfuração de um poço de petróleo é realizada através de uma sonda.

As rochas são perfuradas pela ação rotativa de uma broca existente na

extremidade de uma coluna de perfuração. Os fragmentos de rocha são

removidos pela ação de um fluído de perfuração ou lama injetados por

bombeamento na coluna de perfuração. Ao atingir determinada profundidade a

coluna de perfuração é retirada e é colocado uma coluna de revestimento em

aço de diâmetro inferior ao da broca e ainda é executada a cimentação entre

os anulares (uniões) dos tubos de revestimento garantindo a segurança. Após

a coluna de perfuração é novamente descida ao poço com uma nova broca de

menor diâmetro, assim sucessivamente até o final da perfuração.

2 - Métodos de Perfuração

2.1 - Método rotativo convencional - Nas sondas convencionais a

coluna de perfuração é girada pela mesa rotativa localizada na plataforma da

sonda. O torque é transmitido a um tubo de parede externa poligonal – a Kelly

– que fica enroscado à coluna de perfuração.

2.2 - Método Top-Driver - Nas sondas equipadas com top drive a

rotação é transmitida diretamente ao topo da coluna de perfuração por um

motor acoplado à catarina. O conjunto desliza em trilhos fixados a torre, onde o

torque é absorvido.

2.3 - Método Motor de fundo - Quando perfuramos com motor de

fundo, colocado logo acima da broca, o torque é gerado pela passagem de

fluido de perfuração. Este motor pode ser de deslocamento ou de turbina.

3 - Sistemas de uma sonda de Perfuração

A operação de perfuração de poços é realizada por sondas de

perfuração, que possuem várias estruturas que em conjunto realizam a

atividade de perfuração de poços. Resumidamente a sonda de perfuração deve

possuir equipamentos ou estruturas capazes de:

Armazenar os tubos de perfuração a serem utilizados;

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Elevar e posicionar estes tubos de perfuração;

Rotacionar a coluna de perfuração (mesa rotativa ou top drive);

Gerar energia para a locação, etc.

4 - Sistema de sustentação de cargas:

É constituído por um mastro ou torre, da subestrutura e da base ou

fundação. A carga corresponde ao peso da coluna de perfuração ou

revestimento que está no poço. Sua função é a de sustentar e distribuir o peso

igualmente até a fundação ou base da estrutura.

4.1 - Componentes do sistema de sustentação de cargas:

Mastro ou torre – tem objetivo de prover um espaço livre vertical que

possa permitir a suspensão ou abaixamento da coluna de perfuração.

Subestrutura – tem por objetivos: suportar a torre ou mastro e

maquinário, e fornecer um espaço adequado para posicionar o equipamento de

segurança (BOP).

Base ou Fundação – bases de concreto preparadas no terreno, que

visam distribuir as cargas e manter os equipamentos nivelados e alinhados.

Estaleiro: estrutura metálica construída com vigas e que servem para

apoiar/armazenar comandos, colunas de perfuração e revestimento, de forma a

permitir um fácil acesso e manuseio.

5 - Sistema de movimentação de cargas:

O sistema de movimentação de carga permite movimentar as colunas de

perfuração, de revestimento e outros equipamentos.

É constituído por um guincho, bloco de coroamento, catarina, cabo de

perfuração, gancho e elevador.

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5.1 - Componentes do sistema de movimentação de cargas:

Bloco de coroamento (Crown Block): conjunto de polias fixo, que fica

apoiada na parte superior do mastro/torre por onde passam os cabos de aço

(cabo de perfuração).

Catarina (Travelling Block): conjunto de polias móvel justapostas num

pino central; pela movimentação dos cabos passado entre esta e o bloco, a

catarina se move ao longo da torre. É movimentada verticalmente no espaço

interno do mastro, permitindo a movimentação da coluna de perfuração e de

outros equipamentos a serem descidos no poço.

Gancho (Hook): Faz a liga das cargas a serem suspensas à catarina

tendo a função de absorver eventuais choques que possam acontecer. É

comum a catarina e o gancho formarem um só conjunto.

Cabo de perfuração: cabo de aço traçado preso ao guincho em em

uma extremidade e preso a um carretel contendo cabo novo em outra. É o

cabo de perfuração que será enrolado e desenrolado para permitir a

movimentação dos equipamentos móveis.

Swivel: Em sondas de perfuração mecânicas ou convencionais usamos

um equipamento chamado Swivel. Ele separa os equipamentos rotativos de

elementos estacionários em uma sonda de perfuração.

Dividido em duas partes, inferior e superior, onde a parte superior se mantém

fixa e a parte inferior permance em rotação. Por um tubo na sua lateral

(Gooseneck) permite a injeção de fluido no interior da coluna de perfuração.

Guincho (Drawwork): é responsável por enrolar ou desenrolar o cabo

de perfuração. O guincho apresenta também um sistema de freios que permite

controlar a velocidade com que se faz este (des)enrolamento.

Elevador: equipamento utilizado para segurar a tubulação durante as

movimentações (manobras). Tem a forma de um anel bipartido em que as

duas partes são ligadas por uma dobradiça resistente, contendo um trinco

especial para seu fechamento.

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6 - Sistema de rotação

A rotação na broca é fornecida através do sistema de rotação. O sistema

usual de transmitir rotação à broca, nas sondas de terra mais baratas (com

menores taxas diárias) é através da mesa rotativa, existem outros métodos

como o sistema Top-drive e o motor de fundo.

6.1 - Método Rotativo com mesa rotativa

Nesse método, a mesa rotativa transmite a rotação ao Kelly com o

auxílio da bucha do Kelly. O Kelly (haste quadrada ou hexagonal) trabalha

conectado à coluna de perfuração e esta repassa a rotação para a broca.

Mesa Rotativa: recebe energia sob forma de rotação no plano vertical e

transforma em rotação horizontal, que é transmitida a coluna; serve também

como suporte no acunhamento da coluna. Além de gerar a rotação, a mesa

rotativa deve permitir a sua livre movimentação da “coluna de perfuração” para

descida ou retirada de tubos.

Bucha do Kelly: é o equipamento que fica conectado a mesa, e onde o

Kelly fica encaixado, possui em seu interior um conjunto de roletes em

quantidade correspondente ao número de faces do Kelly.

Kelly: tem como principal função transmitir a rotação da mesa rotativa á

coluna de perfuração que está conectada a este; permite a passagem do fluído

que entra pelo Swivel para a coluna. Por ser o elemento que recebe o torque

nas partes intermediárias, suas roscas são diferentes, na parte superior a rosca

é a esquerda e na inferior para direita.

Swivel ou cabeça de injeção: Em sondas de perfuração mecânicas ou convencionais usamos um equipamento chamado Swivel. Ele separa os equipamentos rotativos de elementos estacionários em uma sonda de perfuração.

Dividido em duas partes, inferior e superior, onde a parte superior se mantém fixa e a parte inferior permanece em rotação. Mas porque o nome cabeça de injeção? Porque o fluido é injetado dentro da coluna através desse Swivel por um tubo na sua lateral (gooseneck).

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6.2 - Método Top Drive

O Top Drive é basicamente um motor capaz de gerar a rotação, ficando

posicionado abaixo do swivel convencional. Para suportar o torque reacional da

rotação da coluna de perfuração, o Top Drive desliza sobre dois trilhos fixados

ao mastro da sonda. O Top Drive dispensa a utilização da mesa rotativa, do

Kelly e da bucha do Kelly. Uma grande vantagem de sua utilização é que, ao

ser necessário adicionar mais tubos na coluna de perfuração, podemos

adicionar três tubos de uma só vez, diferentemente da perfuração com mesa

rotativa quanto podemos adicionar apenas um tubo por vez. Outra vantagem é

a possibilidade de retirar e descer à coluna de perfuração rotacionando a

coluna ou circulando fluido de perfuração durante manobras por exemplo.

6.3 - Método Motor de fundo

Motor de fundo é basicamente um motor hidráulico que fornece rotação

a partir da passagem do fluido de perfuração pelo seu interior. Utilizado em

situações que se deseje que apenas a broca gire, ficando a coluna de

perfuração submetida apenas ao movimento de subida e descida e a uma

rotação mínima necessária à perfuração. Diminuindo bastante seu desgaste.

7 - Sistema de circulação

Sistema no qual ocorre o bombeamento do fluido de perfuração a

pressão e vazão adequadas para o interior da coluna, saindo pela broca e

retornando pelo espaço anular até a superfície carreando os cascalhos e

limpando o poço até a superfície, para o sistema de separação de sólidos.

Composto por:

Tanques de fluidos (lama): tanques metálicos, retangulares e abertos

utilizados para a preparação, armazenamento e tratamento dos fluidos.

Bombas de fluido (lama): bombas alternativas de pistões horizontais,

constituídas de duas partes:

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Bombas de deslocamento positivo: impelem uma quantidade de fluido

em cada golpe ou volta do positivo – Volume do fluido é proporcional a

velocidade.

Bombas alternativas:

Movimento de vai-e-vem de um pistão num cilindro>> escoamento

intermitente.

Para cada golpe do pistão, um volume fixo do líquido é descarregado na

bomba.

A taxa de fornecimento do líquido é função do volume varrido pelo pistão

no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade do tempo.

Power-End (Parte Mecânica): recebe energia de acionamento na forma

rotativa e a transforma em movimento alternativo.

Fluid-End (Parte Hidráulica): onde a potência mecânica é transferida

ao fluido com pressão e vazão. Podem ser Duplex (2 pistões) ou Triplex (3

pistões) e contam ainda com amortecedores de pulsação na linha de descarga

para redução de vibração.

Manifold: conjunto de válvulas que recebe o fluido das bombas e

através do qual esta é direcionado para o tubo bengala.

Retorno de Fluido: tubulação também chamada de flow-line que recebe

o fluido que vem do anular do poço e o conduz até o sistema de separação de

sólidos.

Tubo bengala: como o swivel está localizado no mastro da sonda em

uma altura elevada, é necessário que a tubulação que sai da bomba de lama

leve o fluido de perfuração até esta altura. O tubo bengala é um tubo disposto

na vertical que leva o fluido de perfuração até a altura do mastro da sonda.

8 - Sistema de monitoramento

O sistema de monitoramento é formado basicamente pelo painel do

sondador. Este painel apresenta informações a respeito dos parâmetros de

perfuração como: peso sobre a broca, RPM da mesa rotativa, torques, pressão

de bombeio, vazão das bombas, etc.

Indicador de peso: indicador analógico que tem dois ponteiros que

indicam o peso suspenso no gancho e o peso sobre a broca.

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Geolograph: instrumento onde é inserida uma carta rotativa que registra

continuamente parâmetros como:

Taxa de penetração;

Peso sobre a broca;

RPM e torque da mesa rotativa;

Pressão nas bombas.

Tacômetro: usado para medir a velocidade da mesa rotativa(RPM) ou a

velocidade da bomba em (ciclos/min).

Torquímetro: mede o torque na mesa rotativa e o torque dado pelas

chaves nas conexões e tubos.

Manômetros: indicam a pressão de bombeio do fluido de perfuração.

Indicador de nível de tanques: com ele é possível detectar variações

bruscas no nível do tanque de lama, o que torna muito importante para a

segurança, uma vez que estas variações podem ser indicativos de influxos de

fluidos da formação.

9 - Coluna de perfuração

É formada pelo conjunto broca e tubos de perfuração. Em sua

extremidade superior liga-se ao tubo Kelly no caso da utilização da mesa

rotativa, ou ao motor do sistema Top Drive caso este esteja sendo utilizado. A

coluna de perfuração tem como função:

Aplicar peso sobre a broca;

Transmitir rotação a broca;

Permitir a circulação do fluido de perfuração até a broca;

Manter o poço calibrado;

Garantir a inclinação e a direção do poço.

10 - Tubos de Perfuração

São tubos sem costura fabricados pela extrusão de aços especiais,

reforçados nas extremidades para permitir que uniões cônicas (tool joints)

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sejam soldadas. Permitem circulação do fluido de perfuração. Transmitem

torque e rotação para a broca.

Comandos ou Drill Collars (DC) – são tubos de paredes espessas

fabricados com uma liga de aço cromo molibdênio e que tem como principal

função fornecer peso à broca, além de transmitir torque e rotação à broca e

permite a passagem de fluidos. Podem ser lisos ou espiralados; neste último

caso a função é de reduzir o risco de prisão diferencial.

Tubos pesados ou Heavy Weigh (HW) – são tubos de peso

intermediário entre os tubos de perfuração e os comandos. Seu diâmetro

externo varia de 3 1/2” a 5” e são utilizados no mesmo diâmetro da coluna de

perfuração. Funções:

Fazer um a transição gradual de rigidez entre DP e DC

Transmitir toque e rotação

Permitir a passagem de fluido.

Drill pipes – são responsáveis por completar a coluna de perfuração

desde os tubos pesados (heavy weight). Os drill pipes são tubos com menor

rigidez que os demais e apresentam conexões semelhantes aos demais tubos

(pino e caixa).

Uniões Cônicas ou Tool Joints – as uniões cônicas promovem o

enroscamento do tubo e fazem sua vedação. Às vezes são confeccionadas

com material mais duro (carbureto de tungstênio) externamente para resistir

melhor ao desgaste.

11 - Brocas

Equipamentos que vão na extremidade da coluna e tem como função

desagregar as rochas em pequenos pedaços (cascalhos) promovendo o

aprofundamento do poço e conseqüente avanço da coluna. A escolha certa das

brocas num projeto de perfuração é de fundamental importância na

economicidade e na qualidade do poço.

11.1 - Brocas sem partes móveis

As brocas sem partes móveis englobam as brocas integrais de lâmina de aço, praticamente não mais utilizadas na perfuração de poços de petróleo, as brocas de diamantes naturais e brocas de diamantes artificiais, chamadas de brocas PDC (Plycrystalline diamond compact). As brocas de diamantes

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naturais foram introduzidas na indústria de petróleo para perfurar formações mais duras, sendo ainda utilizadas em brocas especiais para testemunhagem.

11.2 - Brocas com partes móveisAs brocas com partes móveis são formadas geralmente por uma

estrutura de três cones que giram em torno de um eixo próprio, sendo por isso comumente chamadas de brocas tricônicas. Estas brocas são então formadas por sua estrutura cortante e por seus rolamentos. Em relação à estrutura cortante, estas brocas podem possuir dentes de aço, ou seja, saliência que desempenham o corte moldados no próprio cone, ou podem possuir insertos de carbureto de tungstênio instalados nestes cones.

11.3 - Brocas especiaisAlgumas brocas são desenhadas para finalidades especiais, como por

exemplo, brocas de testemunho e brocas alargadoras de poço. No caso da primeira broca sua finalidade é cortar a rocha de modo conseguir retirar uma amostra para superfície. Já os alargadores ao utilizados quando se deseja aumentar o diâmetro de uma fase já perfurada.

12 - Fluídos de perfuração

São fluidos utilizados durante a perfuração de poços de petróleo, que possuem algumas funções básicas: manter as pressões de formação sob controle; carrear os cascalhos até a superfície; manter a estabilidade mecânica do poço; resfriar a broca; transmitir força hidráulica até a broca; manter os cascalhos em suspensão quando sem circulação; entre outros. Os fluídos podem ser:

12.1 - Fluidos à base de base água:

Convencionais: são basicamente constituídos de água (industrial, água do mar e salmoura), bentonita (argila ativada), controladores de pH e adensantes. São fluidos que apresentam baixíssimo preço de produção sendo amplamente utilizados durante as fases iniciais de perfuração (Spud Mud). Dados os componentes utilizados, estes fluidos apresentam baixa toxicidade podendo ser descartados sem problemas em operações offshore. Contudo, em operações onshore o descarte fica limitado a várias condições sendo a principal a necessidade de atender as regulações ambientais de descarte de efluentes.

Poliméricos: constituídos basicamente de água (industrial, água do mar e salmoura), polímeros (viscosificantes, redutores de filtrado, inibidores de argila, encapsuladores) e adensantes.

12.2 - Fluidos à base de óleo (Oil-Based Mud - OBM)

São aqueles cujo fluido base é um produto de petróleo como diesel, querosene ou n-parafinas . Fluidos à base de óleo são utilizados por muitas razões tais como melhor característica de lubricidade, maior inibição de xisto e

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maior capacidade de limpeza com menor viscosidade. Além disso, também possuem melhor estabilidade a temperaturas elevadas. A escolha pela utilização de fluidos à base de óleo deve levar em consideração aspectos como financeiros e ambientais.

12.3 - Fluidos de base sintética (Synthetic-Based Fluids - SBM )

Trata-se de um fluido cuja base principal é um óleo sintético. É o tipo de fluido mais utilizado em plataformas de perfuração offshore, já que possuem propriedades semelhantes à dos fluidos à base de óleo, porém seus vapores apresentam grau de toxicidade inferiores. Isse fato é de grande relevância no caso de manuseio em espaços fechados, como normalmente ocorre em plataformas de perfuração offshore.

13 - Revestimento de poços

Após a perfuração do poço de petróleo, é necessário revestir o poço para permitir o controle da produção de hidrocarbonetos e o isolamento de zonas com diferentes fluidos. Para isso, são introduzidos no poço tubos de aço, chamados de revestimento, podendo ser da superfície até o fundo do poço ou em fases isoladas.

13.1 - Os tubos de revestimento

São tubos de aço especial, de diâmentro variando comumente entre 30” e 5 1/2”, com comprimento de cerca de 9 a 10 metros e espessura da parede variando entre 1/4” e 1”. Estes tubos podem ser conectados uns aos outros atráves de roscas, soldas ou encaixe, sendo estas duas útimas conexões mais comuns em tubos de maior diâmentro. É a conexão destes tubos que formará a coluna de revestimento necessária para revestir o poço perfurado, sendo a quantidade de tubos utilizada variando de acordo com o comprimento funal da coluna de revestimento a ser descida.

14 - Cimentação

Após a descida do revestimento, é realizada a cimentação do poço, que consiste em bombear um volume calculado de pasta de cimento pelo interior do revestimento até chegar ao final do poço e retornar pelo espaço anular entre o poço e o revestimento. O objetivo da cimentação é garantir maior estabilidade do revestimento, isolar zonas com diferentes fluidos e permitir colocar o poço em produção de forma controlada.

14.1- Acessórios de cimentação

Sapata: é colocada na extremidade da coluna de revestimento, semelhante a posição da broca na coluna de perfuração. Sua função é servir

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de guia para o revestimento que será descido, absorvendo os choques provenientes desta descida.

Colar: é posicionado cerca de dois tubos acima da sapata e tem função de reter os tampões que serão deslocados durante o bombeio da pasta de cimento.

Tampões: são cilindros de borracha com diâmetro igual à coluna de revestimento descida. Durante a cimentação utilizam-se dois tampões: (a) o tampão de fundo, vazado em seu interior, mas fechado na parte superior e inferior, e (b) o tampão de topo, rígido em toda extensão.

Os demais acessórios são centralizadores de revestimento, arranhadores para remover o reboco e obturadores externos de revestimento, utilizados quando se deseja fazer uma cimentação em vários estágios.

Conclusão

Existem vários tipos de plataformas e poços de petróleo, bem como uma

gama enorme de equipamentos para sua perfuração de acordo com as

condições encontradas no local. A avaliação dessas condições e melhor

adequação na escolha dos equipamentos é fator determinante para o êxito na

perfuração de um poço, bem como a experiência no manuseio e operação

destes.

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Bibliografia

Prof. Dr. Renato A. Silva - Engenharia de Perfuração

André Schuster Costa – Operador de Sonda de Perfuração / CEFET-RN

www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/...petroleo/perfuracoes.PDF

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido_de_perfura%C3%A7%C3%A3o

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