problemas em poços

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE INSTITUTO DE QUMICA QUMICA DO PETRLEO

Problemas em poosProf. Jlio Cezar de O. Freitas

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1. IntroduoProblemas realcionados geopresses: Formaes permeveis: influxo do fluido da formao para dentro do poo Kick Blowouts Formaes Impermeveis: Instabilidade Aprisionamento de Coluna.SIDPP SICP

kick Jlio Cezar de Oliveira Freitas 2

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1. IntroduoClassificao das presses de poros:

Anormalmente Baixa Normal

Presso de Poros < Presso Hidrosttica Presso de Poros = Presso Hidrosttica

Anormalmente Alta ou Presso Hidrosttica < Presso de Poros < 90% da Presso de Sobrepresso Sobrecarga Alta Sobrepresso Presso de Poros > 90% Presso de Sobrecarga

Jlio Cezar de Oliveira Freitas

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:1 Tenses: - Subcompactao - Tectonismo 2 Expanso de fluidos: - Aumento da temperatura - gua liberada por transformao mineral - Gerao de Hidrocarbonetos 3 Efeito Buoyancy ou diferencial de presso 4 Transferncia lateral de presso ou Migrao de Fluidos.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 4

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas: Todos esses mecanismos resultam em um acmulo excessivo de fluido nos poros das rochas, de maneira que a presso do fluido resultante maior do que a presso hidrosttica. Esses mecanismos podem ocorrer isoladamente ou simultaneamente. Subcompactao um dos maiores responsveis pela ocorrncia de presses anormais, sendo que sua atuao individual no suficiente para a gerao das altas sobrepresses. Presses dessa magnitude dependem da atuao conjunta desses mecanismos.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 5

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:1.1 Tenso In Situ:Durante e aps o processo de formao dos substratos rochosos (soterramento) ocorrem vrios processos diagenticos. Dentre estes processos destaca-se o adensamento das camadas (aqui chamado de compactao), que pode ocorrer de duas maneiras: - Compactao Qumica, que engloba a dissoluo de minerais sob presso; - Compactao Mecnica, que no engloba processos qumicos, e sim aspectos fsicos tais como mudana no empacotamento intergranular e deformao ou quebra de gros individuais e que ser detalhada a seguir.


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:Compactao Mecnica Consiste na reduo do volume poroso das rochas, com o simultneo escape do fluido presente nestes poros, em funo do soterramento ao longo do tempo, gerado pelo peso das camadas sobrepostas. O processo de soterramento (adensamento) influenciado por vrios fatores tais como: - taxa de soterramento, - permeabilidade da formao, - taxa de reduo do espao poroso - habilidade do excesso de fluido em ser removido (condies de contorno).


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:Fluido contido no espao poroso escapa a medida que o soterramento prossegue. A compactao dita Normal equilbrio entre o aumento da ov (peso das camadas sobrepostas), a reduo do espao poroso e o escape dos fluidos. Presso dos fluidos nos poros da rocha permanece igual a presso hidrosttica gerada pelo fluido.

ov1

ov 2

H1 H

h1 h

Fluido

h2 h

ov ob 3

H2 H

H3 H

h3 h

Fluido

Pp = PH

Pp = PHJlio Cezar de Oliveira Freitas

Pp = PH8

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:Num processo de compactao Anormal, no h o equilbrio entre o escape do fluido a medida que o soterramento avana. Confinado em um espao poroso menor que o necessrio para armazenar o seu volume, a presso de sobrecarga acaba por atuar sobre o fluido. O excesso de peso sobre o fluido faz com que a presso dos fluidos nos poros da rocha fique maior que a presso hidrosttica gerada apenas pelo fluido, originando assim as presses anormalmente altas.o v 1

o v 2

o b 3 v

H 1

h 1

H 2

h 2

h 3

H 3

F lu id o P pp = = P P h H P pp = = P P h H

F lu id o P pp > > P P h H9


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:

- Compactao dos Arenitos - Compactao dos Carbonatos - Compactao das Argilas


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:- Compactao dos ArenitosCompactao dos Arenitos reduo da porosidade, aumento da densidade e do contato dos gros. Este processo funo de muitos fatores que incluem: - composio, - tempo de soterramento, - temperatura. Aumentos de temperatura e tempo de soterramento pode significar um aumento da compactao da formao. Compactao dos arenitos dificilmente acontece com reteno de fluidos, j que estas so rochas permeveis, favorecendo o escape dos mesmos.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 11

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:- Compactao dos CarbonatosCompactao de carbonatos funo de vrios fatores: - mineralogia original, - textura, - cimentao, - ambiente deposicional, - temperatura - presso Minerais carbonticos (calcita e dolomita) solveis condies de pH, temperatura e presso. A porosidade inicial (deposicional) dos carbonatos geralmente muito alta, estando entre 40 80%. circulao de fluidos Trocas inicas Litificao da rocha por cimentao e/ou recristalizao. Dissoluo da rocha, na qual o aumento de porosidade no estar relacionado subcompactao.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 12

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:- Compactao das Argilas Folhelhos so bem apropriados ao estudo da compactao devido a sua alta porosidade inicial e pouca influncia sofrida de outros fenmenos diagenticos aps o processo de compactao. A compactao das argilas e folhelhos pode ser dividida em trs estgios: - Expulso da gua, onde a porosidade cai de 70-85% para 45%. - Re-arranjo mecnico dos gros, faz com que a porosidade seja reduzida para 25% com correspondente expulso de gua dos poros da rocha. - Deformao mecnica das partculas, onde a porosidade diminui para 10% com correspondente expulso de mais gua. Baixa permeabilidade dos folhelhos e argilas Reteno de fluidos subcompactao.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 13

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:1.2 Tectonismo: - Atividade tectnica modifica fora e direo do campo de tenses. - Sedimentos sujeitos no apenas a presso de sobrecarga, mas tambm tenses tectnicas, as quais podem gerar foras compressionais que so aplicadas sobre as rochas, reduzindo o espao poroso das mesmas. - Fluidos escapam Compactao ser mais rpida Presses normais. - Aumento de tenses muito rpidos fluido no dissipa Presses anormalmente altas.


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:1.2 Tectonismo:

C o m p r e ss oR e g i o C o m p r im id a

C o m p r e ss oR e g i o C o m p r im id a


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:2. Expanso de fluidos:2.1 Expanso do volume de gua devido o aumento da temperatura:

Incremento de Temperatura do esqueleto rochoso.

gua sofrera um aumento de volume maior que

Como a gua contida nos poros da rocha possui um coeficiente de expanso trmico maior que o da matriz da rocha, ela tender a se dilatar mais que a rocha quando submetida um incremento de temperatura, acarretando assim em um aumento na presso de poros, caso o fluido no tenha como se dissipar. O aumento de presso ser funo no apenas do incremento de temperatura, mas tambm da densidade da gua. Estudos mostram que o aumento de presso na gua de densidade igual a 1 g/cm3 devido a um incremento de temperatura de 50 oC 75 oC ser de 5600 psi.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 16

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:2. Expanso de fluidos:2.2 gua liberada por transformao mineral - Diagnese:gua

Os folhelhos marinhos so compostos algumas vezes por argilas ativas. Mineral Argilico Ativo - Troca de ctions e absoro de gua entre suas camadas estruturais. Umidade inicial da argila pode chegar a 80 ou 90% desidratao f(soterramento, diagnese)O estgio inicial da desidratao ocorre rapidamente aps o sedimento ter sido depositado. A gua dos poros expulsa para as fronteiras permeveis.

Este processo declinar gradualmente com o Diagnese - Transformaes fsicosoterramento, a medida que a qumicas que ocorrem aps a formao das porosidade e a permeabilidade rochas. Jlio Cezar de Oliveira Freitas 17 diminuem.

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:2. Expanso de fluidos:2.2 gua liberada por transformao mineral - Diagnese:

O segundo estgio da desidratao quando se inicia o processo diagentico. A 60 oC a montmorilonita comea a se desidratar e transformar-se em ilita. A gua adsorvida a primeira a ser deslocada, e se aloca nos poros. Se esta gua no puder ser drenada, poder haver o desenvolvimento de presses anormais. Na desidratao da Montmorilonita e sua transformao em Ilita mais gua liberada.Jlio Cezar de Oliveira Freitas

gua

80% Montmorilonita 20% Outros

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:2. Expanso de fluidos:2.2 gua liberada por transformao mineral - Diagnese:

A 100 oC a gua estrutural comea a ser liberada. Esta gua provavelmente est agrupada em hexgonos e possui uma viscosidade como a do gelo, sendo seu peso especfico entre 1,4 e 1,7 g/cm3. Na liberao da gua estrutural para os poros da rocha, esta se expande devido a sua alta densidade e presses de poros ainda maiores podero surgir. Como os poros no aumentam, a presso no fluido ficar acima da hidrosttica.

20% Montmorilonita, 60% Ilita, 20% Outros


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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:2. Expanso de fluidos:2.3 Gerao de hidrocarbonetos:

O petrleo tem origem a partir da matria orgnica depositada junto com os sedimentos. O tipo de hidrocarboneto gerado, leo ou gs, determinado pela constituio da matria orgnica original e pela intensidade do processo trmico atuante sobre ela.Jlio Cezar de Oliveira Freitas 20

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1. IntroduoMecanismos geradores de presses altas:2. Expanso de fluidos:2.3 Gerao de hidrocarbonetos:

Profundidades rasas gs metano. Ambientes fechados o acmulo e expanso desse gs pode levar a gerao de zonas anormalmente pressurizadas. Rara a existncia de um bom selo em profundidades rasas, o gs geralmente vai para a superfcie. Gases trapeados podem ser uma verdadeira ameaa para a perfurao devido a ausncia do BOP nesta fase. gases rasos (shallow gas) Estgios da catagnese e metagnese craqueamento produtos mais pesados so transformados em produtos mais leves sob a influncia da temperatura. Se esse fenmeno ocorrer em um ambiente aberto, o gs produzido em excesso poder migrar no ocasionando qualquer aumento de presso. Se esse processo se desenvolver em um ambiente fechado, a presso nos poros da rocha ir aumentar. A magnitude do aumento de presso ser funo de vrios fatores que incluem o grau de confinamento e natureza do hidrocarboneto presente.21

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1. IntroduoIndicadores de zonas de presso Anormal:Principais indicadores: Taxa de Penetrao Taxa de Penetrao Normalizada (Expoente D e Sigmalog) Torque e arraste Aspecto dos cascalhos Registros de gs - background gas - gas show - gases de conexo e manobra Propriedades do Fluido de Perfurao - densidade e condutividade - temperatura Propriedades das Rochas (Perfil e Ssmica) -Tempo de Trnsito (Snico e Ssmica) - Resistividade - Densidade

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Taxa de Penetrao: A taxa de penetrao velocidade com que a broca perfura um determinado intervalo de formao. Em trechos normalmente compactados, a porosidade diminui com a profundidade fazendo com que a velocidade de perfurao tambm reduza com a profundidade.

Zona de presso anormal atingida taxa de penetrao aumenta.

aumento de porosidade

Entretanto, a validade desse argumento deve ser cuidadosamente analisada de modo a excluir todos os outros fatores, tais como mudana de litologia e de parmetros mecnicos (peso sobre a broca e rotao).23

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Torque e arraste: Torque: Torque medido na superfcie = torque na broca + torque proveniente da frico da coluna de perfurao contra as paredes do poo. A medida que aumenta a profundidade do poo, aumenta tambm o contato da coluna com as paredes do poo, e conseqentemente se constata um incremento gradual no torque. No entanto, seu incremento exagerado pode ter inmeras razes, que inclui a reduo do diferencial de presso entre o poo e a formao. Qdo Gp > Ph, o comportamento mecnico dos folhelhos pode acarretar em um aumento no torque de duas maneiras, que podem acontecer simultaneamente: - Deformao das argilas levando a uma reduo no dimetro do poo, - Acmulo de cascalhos lascados ao redor dos estabilizadores e da broca.24

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Torque e arraste: Torque: Por outro lado, zonas de alta presso podem tambm ser identificadas por uma reduo do torque. O estado plstico das argilas nas formaes superficiais pode levar ao enceramento da broca. Caso este enceramento ocorra a grandes profundidades, pode ser um indicativo da entrada em uma zona de presso anormalmente alta uma vez que argilas sobrepressurizadas contendo mais gua em seus poros so mais plsticas. Esse enceramento da broca indicado por uma reduo no torque. O Torque no fcil de ser interpretado. Alm dos diversos parmetros que podem afeta-lo, como geometria do poo, inclinao, incompatibilidade do fluido de perfurao e a formao, zonas anormalmente pressurizadas podem ser identificadas tanto por um aumento quanto por uma reduo do torque.25

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Torque e arraste: Arraste ou Drag: Durante as manobras de retiradas de coluna o atrito devido ao arraste da coluna de perfurao com as paredes do poo geram os chamados overpull, isto , peso no gancho maior que o da coluna pendurada. Durante a perfurao, o mesmo atrito pode ser responsvel por diminuir o peso que efetivamente chega a broca. A reduo do dimetro do poo devido a uma reduo do diferencial de presso poo-formao pode fazer com que o overpull aumente ainda mais. Nessas condies, o arraste da coluna poder ser um indicativo da entrada em uma zona anormalmente pressurizada com um peso de fluido de perfurao menor do que o ideal.26

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Caractersticas dos cascalhos: Caractersticas perceptveis: tamanho, o formato e a quantidade. As demais propriedades fsicas (cor, textura e fratura) tambm podem ser avaliadas com o auxlio de um microscpio. O tamanho e formato dos cascalhos dependem de suas propriedades fsicas, tipo e peso do fluido de perfurao, vazo de circulao, geometria do poo, composio da coluna, agitao no fundo do poo, e o mais importante de todos, o grau de balanceamento na perfurao do poo. A litologia que melhor se adapta a este tipo de anlise so os folhelhos, pois seus cascalhos podem dar uma boa indicao das condies de estabilidade das paredes do poo, assim como, do grau de balanceamento. Geralmente, quanto mais cascalhos no poo, maior o grau de desbalanceamento existente dentro deste, no entanto, o folhelho lascado no deve ser confundido com 27 o desmoronado.

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Caractersticas dos cascalhos:Folhelho lascado, possui formato cncavo e se apresenta em forma de lascas, sendo geralmente mais pontiagudo e fino presses anormalmente altas ou ao sub-balanceio do poo GP > Ph Folhelho desmoronado mais espesso e retangular (b), no devido a presses anormalmente altas.Frente Lado Frente Lado

Pode estar estriada Delicado, formato pontiagudo

Tipicamente trincado Bloco, Formatos Retangulares

Plano (a)

Superfice cncava

Plano (b)

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Caractersticas dos cascalhos:Deve-se observar regularmente o tipo e a quantidade dos cascalhos na peneira. Normalmente, quando a presso da formao est maior que a presso dentro do poo, a quantidade de cascalhos aumenta, e ocasionalmente pode ocorrer ao mesmo tempo o aumento do torque e da presso de bombeio. Outra ocorrncia que pode indicar a perfurao subbalanceada a ocorrncia de fundo falso. Desta forma, o aspecto dos cascalhos e a anlise de outras informaes sobre o poo podem ajudar na identificao da causa e a ao corretiva que deve ser tomada.

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao: A incorporao de gases da formao no fluido de perfurao conhecida com o nome de corte da lama por gs. O gs se expande quando trazido superfcie, causando uma diminuio na massa especfica do fluido de perfurao e um conseqente decrscimo da presso no poo que pode ser suficiente para gerar um kick. Pequenas quantidades de gs no fluido de perfurao que retornam superfcie so registradas pelos detectores de gs. A quantidade de gs registrada por estes instrumentos expressa em termos de Unidades de Gs Total (UGT) que uma medida puramente arbitrria e no padronizada entre os vrios fabricantes de detectores de gs. Embora a massa especfica do fluido de perfurao muitas vezes esteja bastante reduzida na superfcie, a presso hidrosttica no poo no decresce significativamente, pois a maior expanso do gs ocorre prximo superfcie30

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao:Perfil do Peso de Fluido no AnularPeso mdio de fluido cortado por gs (lb/gal) 10 0 500 1000 1500 TVD (m) 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 10.2 10.4 10.6 10.8 11

Esta reduo na presso hidrosttica pode ser estimada pelo uso da seguinte frmula: mud P = 34 , 5 mudc P 1 , 0 log H 14 , 7

P a reduo de presso no ponto em considerao; em psi mud a massa especfica do fluido de perfurao mudc a massa especfica do fluido cortado na superfcie PH a presso hidrosttica da lama original no ponto em considerao; em psi31

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao:Exemplo: Estime a reduo de presso no fundo do poo para uma lama de 10,5 lb/gal que foi cortada por gs tendo seu peso na superfcie reduzido para 6,0 lb/gal. Estime a reduo para as profundidades de 4.000 metros e 1.000 metros assumindo que a presso de poros em ambos os casos de 10,3 lb/gal. mud PH Soluo: P = 34 , 5 1 , 0 log 14 , 7 mudc Profundidade de 1.000 m:

P H = 0 ,1704

x 1000

x 10 , 5 = 1789

psi

1789 10 , 5 P = 34 , 5 1 , 0 log = 54 psi 6 14 , 7 54 P fundo = 10 , 5 = 10 , 2 ppg 0 ,1704 x 1000 P poros = 10 , 3Kick

P fundo

< P poros

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao:Profundidade de 4.000 m:PH = 0 ,1704 x 4 . 000 x 10 , 5 = 7 . 157 psi 7157 10 , 5 P = 34 , 5 1 , 0 log = 70 psi 6 14 , 7 70 P fundo = 10 , 5 = 10 , 4 ppg 0 ,1704 x 4 . 000 P poros = 10 , 3 Pfundo

> P

poros

logo

no

ocorrer

um

kick

A depender da profundidade do poo, esta situao poder ou no ser motivo de grandes alarmes. Em poos profundos, a reduo da presso no fundo relativamente pequena, podendo permitir at a continuidade da perfurao, sem a necessidade de se aumentar Ph. O mesmo no se pode dizer de um corte de gs em poos rasos, pois a reduo da presso no fundo do poo para um mesmo peso de fluido muito significativa, podendo tornar a presso da formao superior a presso exercida pela coluna de fluido contaminada por gs, acarretando em um kick. Assim, importante que o gs j incorporado ao fluido de perfurao seja removido pelo uso de desgaseificadores e que a causa da contaminao seja identificada e eliminada.33

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao: A quantidade de gs medido no fluido de perfurao na superfcie funo de uma srie de fatores que incluem: Quantidade de hidrocarbonetos presentes na formao perfurada; Caractersticas petrofsicas da rocha (porosidade e permeabilidade); Diferencial de presso entre o poo e a formao; Volume de rocha perfurado (dimetro do poo e taxa de penetrao); Vazo de bombeio; Caractersticas do fluido de perfurao (tipo, viscosidade, solubilidade ao hidrocarboneto, etc); Caractersticas do Equipamento de Medio (eficincia do degaseificador, preciso do equipamento, etc.).

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao: O monitoramento e a correta interpretao dos dados de gs so fundamentais para a deteco de zonas anormalmente pressurizadas. A anlise do gs fornece ao tcnico informaes relativas rocha, ao reservatrio, ao grau de balanceio do peso de fluido de perfurao no poo e presso de poros. Existem diferentes fontes de gs que permitem que estes sejam carreados pelo fluido de perfurao at serem detectados nos equipamentos de superfcie. Quando detectados, os registros de gs recebem diferentes nomenclaturas, e so analisados para serem utilizados como parmetro indicador de alta presso. Fontes de gs x Registros de gs detectados na superfcie.Fontes de Gs Gs Liberado Gs Produzido Gs Reciclado Gs de Contaminao Registros de Gs Background Gas Gas Show Gs de Conexo Gs de Manobra

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao Fonte de Gs:Gs liberado:

Uma situao tpica ocorre quando um poo perfurado atravs de uma zona de hidrocarbonetos (p.ex. arenitos com gs) e a presso total no fundo levemente maior que a presso da formao (diferencial de presso positivo). Enquanto a broca perfura, ela mecanicamente cria uma pseudo-permeabilidade e permite que o material contido no volume poroso do cilindro entre no sistema de fluido de perfurao e seja transportado para a superfcie. Desde que o diferencial de presso entre o poo e formao seja positivo (Ph>PP), somente existir gs liberado, isto , aquele contido no cilindro de rocha perfurado. Quando o registro de gs composto somente por gs liberado, ele deve comear no fim de um tempo de retorno depois que a broca penetrou no intervalo poroso com hidrocarbonetos. Esse tempo de retorno, tambm chamado lag time, o tempo de circulao que comea a partir do contato da broca com o intervalo poroso e termina com o 36 indcio do aumento do gs.

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao Fonte de Gs :Gases reciclados:

Quando os gases do fluido de perfurao no so completamente volatilizados nos tanques e so bombeados novamente para dentro do poo, o detector de gs pode registrar um segundo pico de gs de um registro pr-existente. Gs reciclado portanto definido como o gs que foi bombeado de volta para o poo e que aparece uma segunda vez na superfcie. O registro do gs reciclado no deve ser to longo quanto o registro original, mas com formato similar. Geralmente, a anlise de um gs reciclado apresenta uma grande proporo de componentes pesados, j que os componentes mais leves so freqentemente liberados nos tanques para a atmosfera sob a influncia de um desgaseificador.

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Indicadores de zonas de presso Anormal:Gs no fluido de perfurao Fonte de Gs :Gases Produzidos:

Gs produzido definido como o gs produzido para o fluido de perfurao de uma zona especfica devido a presso hidrosttica efetiva atuante dentro do poo ser inferior a presso da formao (Ph

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