UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA E

INSTITUTO DE GEOCINCIAS PROGRAMA MULTIDISCIPLINAR DE PS-GRADUAO EM

CINCIAS E ENGENHARIA DE PETRLEO

Ps-anlise em Problemas de Perfurao de Poos Martimos de Desenvolvimento

Autor: Njalo Scrates Chipongue Chipindu Orientador: Prof. Dr. Celso Kazuyuki Morooka Co-orientador: Prof. Dr. Jos Ricardo P. Mendes Co-orientador: Dr. Kazuo Miura

02/10

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA E

INSTITUTO DE GEOCINCIAS PROGRAMA MULTIDISCIPLINAR DE PS-GRADUAO EM

CINCIAS E ENGENHARIA DE PETRLEO

Ps-anlise em Problemas de Perfurao de Poos Martimos de Desenvolvimento

Autor:Njalo Scrates Chipongue Chipindu Orientador: Prof. Dr. Celso Kazuyuki Morooka Co-orientador: Prof. Dr. Jos Ricardo P. Mendes Co-orientador: Dr. Kazuo Miura

Curso: Cincias e Engenharia de Petrleo rea de Concentrao: Explotao

Dissertao de mestrado acadmico apresentada Comisso de Ps Graduao em Cincias e Engenharia de Petrleo da Faculdade de Engenharia Mecnica e Instituto de Geocincias, como requisito para a obteno do ttulo de Mestre em Cincias e Engenharia de Petrleo.

Campinas, 2010 SP Brasil

ii

FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA REA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA BAE - UNICAMP

C443p

Chipindu, Njalo Scrates Chipongue Ps-anlise em problemas de perfurao de poos martimos de desenvolvimento / Njalo Scrates Chipongue Chipindu. --Campinas, SP: [s.n.], 2010.

Orientadores: Celso Kazuyuki Morooka, Jos Ricardo Pelaquim Mendes, Kazuo Miura. Dissertao de Mestrado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecnica e Instituto de Geocincias.

1. Poos de petrleo - Perfurao. 2. Engenharia de petrleo. 3. Poos de petrleo submarino - Perfurao. I. Morooka, Celso Kazuyuki. II. Mendes, Jos Ricardo Pelaquim. III Miura, Kazuo. IV. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecnica e Instituto de Geocincias. V. Ttulo.

Ttulo em Ingls: Post-analysis in drilling problems on offshore development wells Palavras-chave em Ingls: Drilling, Oil well, Petroleum engineering, Offshore drilling

(Petroleum) rea de concentrao: Explotao Titulao: Mestre em Cincias e Engenharia de Petrleo Banca examinadora: Srgio Nascimento Bordalo, Wilson Siguemassa Iramina Data da defesa: 23/02/2010 Programa de Ps Graduao: Engenharia Mecnica

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v

Dedicatria

Ao meu saudoso Pai Tito pela dedicao em mostrar-me o caminho da cincia e certificar-

se de que estava trilhando pelas veredas da luz, humanismo e superao. minha querida Me Teresa por crer em Deus e acreditar, que onde quer que eu esteja a providncia Divina me Protege e Conduz.

Aos meus irmos pelo amor e fraternidade, em especial e com gratido ab aeternum, ao

Aro E. Sakandjimbi Gamba. Ao Primo Wandich Kanavack pelos incansveis encorajamentos e oraes.

Ao Tio Eugnio A. Ngolo, um segundo pai, vertical, formador e um exemplo de vida!

Telma, com muito carinho.

vii

Agradecimentos

Aos meus orientadores:

Obrigado pela sugesto do tema, pela disponibilidade e orientao.

Em particular,

Ao Prof. Celso K. Morooka por ter-me aberto o caminho para o mundo da Engenharia de Petrleo e por seu intermdio ter conhecido profissionais e colegas - grandes exemplos de vida.

Ao Prof. Jos Ricardo P. Mendes e ao Dr Kazuo Miura, pilares fundamentais do desenvolvimento deste trabalho. Grato pela disponibilidade, por ampliarem meus horizontes e pelas lies de vida e profissionalismo.

Ao Ministrio dos Petrleos do Governo da Repblica de Angola.

Aos colegas que me tm guiado: Rogrio Tavares, Clarice Rabelo, Tiago Fonseca, Alex Teixeira, Carlos Mazzuco e Jos Cardoso.

Ao Denis Shiguemoto pela ateno e fraternidade, exemplo de carter e saber estar. No me esquecendo da querida Carol Gigli meus familiares brasileiros.

Ao grupo de pesquisa de engenharia de poo do DEP: Jefferson, Estefane, Marcos, Lucas, Maurcio, Walter e Srgio. Naissa e Luciano.

Aos colegas do LabRiser: Wnia, Rafael Tsukada, Maurcio Suzuki, Vini e Chuck.

Aos colegas estudantes do DEP, em especial, aos queridos Thais Destefani, Ana Elitha, Samuel, Cynthia, Roberton, Edwin, Zuzi e Nara.

Ao Paulo e Deolinda pelo carinho, amizade e dedicao a minha pessoa, no h palavras que exprimam o meu agradecimento profundo.

Aos professores e funcionrios do Departamento de Engenharia de Petrleo, em especial a bibliotecria Alice Obata.

ix

A noite escura tem no seu firmamento as estrelas mais cintilantes...

Autor: desconhecido

xi

Resumo

CHIPINDU, Njalo Scrates Chipongue, Ps-anlise de Problemas de Perfurao de Poos Martimos de Desenvolvimento, Campinas,: Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2010. 125 p. Dissertao de Mestrado.

Os problemas na perfurao de poos de petrleo so responsveis pela maior parte dos

tempos no produtivos, elevando assim os custos dirios das operaes. Portanto, o estudo e o

entendimento destes problemas contribuir para a otimizao da perfurao, melhorando assim as

prticas ou mitigando os efeitos severos das anormalidades. O presente trabalho apresenta trs

procedimentos para identificao das causas dos problemas que podero auxiliar o jovem profissional a caracterizar os mais variados problemas que ocorrem durante a perfurao de um

poo. Neste escopo so abordadas apenas as ocorrncias pr-classificadas como dificuldade de

manobra, dificuldade de avano, e priso. O estudo usa dados dos boletins dirios de perfurao

dos poos, dados de mudlogging, dados obtidos por ferramentas de monitoramento contnuo da

perfurao e outros dados como o fluido utilizado, a configurao da composio de fundo, o

desgaste de broca, o grfico do caliper, litologia e trajetria do poo. A caracterizao dos problemas feita mediante a identificao e associao de eventos que levam a formular

hipteses das provveis causas dos problemas. Dois grupos de pesquisa (Unicamp e Genesis do Brasil) em engenharia de poo implementaram separadamente os procedimentos propostos. Os resultados foram coincidentes para a maioria trechos de poos martimos de desenvolvimento

analisados, o que atesta a eficcia dos procedimentos diagnsticos. Este estudo importante para

indstria, pois pode maximizar a eficincia na perfurao, atravs da minimizao e/ou

eliminao dos tempos no produtivos, responsveis por avultadas perdas econmicas, alm de

permitir tornar mais robustas as ferramentas de acompanhamento, em tempo real, das operaes

de perfurao, na tomada de decises e na melhoria do processo de planejamento de poo. Palavras Chaves

Poos de petrleo - perfurao, Engenharia de petrleo, Poos de petrleo submarino - perfurao

xiii

Abstract CHIPINDU, Njalo Scrates Chipongue, Post-analysis in drilling problems of offshore development wells, Campinas,: Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2010. 125 p. Dissertao de Mestrado.

Drilling problems are accountable for the majority of the non productive times in the industry raising the daily operations costs. Therefore, the study and understanding of the problems

will contribute to the drilling optimization, improving the practices or by mitigating their severe

effects. The present work presents three procedures for identification of causes of drilling

problems which can help the young professionals to characterize a wide range of problems that

occur while drilling an oil well. In this scope they are studied only the problems pre-classified by

occurrence as: problems in tripping, problem in drilling ahead and stuck pipe. The study uses data

from the daily drilling reports, mudlogging data, on time monitoring tools data and mud data,

Bottom Hole Assembly composition, bit wear report, caliper data, litology and well trajectory. The characterization of the problems is made by identification and association of the events that

lead to formulate the hypotheses of the probable causes of the problems. Two research groups

(Unicamp and Genesis do Brasil) in well engineering implemented separately the three proposed procedures. The results were coincident for the majority of the analyzed intervals of offshore development wells, demonstrating the efficacy of the proposed procedures. This work is

important to the industry since it leads to the drilling efficiency maximization by minimization

and/or elimination non productive times that are the main responsible for economic losses, beside

the fact that these findings can be used to boost the capacity of the monitoring and logging tools

as well as to support the on time decision making and to improve well planning process.

Key Words

Drilling, Oil well, Petroleum engineering, Offshore drilling (petroleum)

xv

ndice

Dedicatria ..................................................................................................................................... v

Agradecimentos ........................................................................................................................... vii

Resumo .......................................................................................................................................... xi

Abstract ....................................................................................................................................... xiii

ndice ............................................................................................................................................ xv Lista de Figuras .......................................................................................................................... xxi

Lista de Tabelas ........................................................................................................................ xxiii

Nomenclatura............................................................................................................................. xxv

1. Introduo ................................................................................................................................ 1

1.1 Panorama Geral ................................................................................................................... 1

1.2 Motivao do trabalho ......................................................................................................... 4

1.3 Organizao do trabalho ...................................................................................................... 5

2. Fundamentos bsicos de perfurao de poos ...................................................................... 7

2.1 Breve histrico da perfurao de poos............................................................................... 7

2.2 Dados de perfurao ............................................................................................................ 8

2.3 Composio da coluna de perfurao ................................................................................ 12

2.4 Fases de Perfurao de um poo........................................................................................ 15

2.5 Operaes de rotina durante a perfurao de um poo ...................................................... 17

2.6 Perfurao em folhelhos e margas ..................................................................................... 25

2.7 Perfurao em formaes salinas....................................................................................... 30

2.8 Perfurao em formaes abrasivas e duras ...................................................................... 34

xvii

3. Problemas de perfurao de poos....................................................................................... 35

3.1 Estudo de bibliografia........................................................................................................ 35

3.2 Dificuldade de manobra..................................................................................................... 40

3.3 Dificuldade de avano ....................................................................................................... 43

3.4 Priso ................................................................................................................................. 45

3.5 Perda de circulao ............................................................................................................ 47

3.6 Kick e blowout................................................................................................................... 48

3.7 Falha de equipamentos da BHA ........................................................................................ 50

3.8 Falha de trajetria do poo ................................................................................................ 50 4. Consolidao das causas dos problemas de perfurao de poos ..................................... 53

4.1 Batentes ............................................................................................................................. 53

4.2 Priso por diferencial de presso ....................................................................................... 54

4.3 Fechamento do poo .......................................................................................................... 55

4.4 Desmoronamento das paredes do poo.............................................................................. 56

4.5 M limpeza do poo ou packer hidrulico ........................................................................ 58

4.6 Chavetas e Doglegs Severos.............................................................................................. 60

4.7 Enceramento da BHA e da broca....................................................................................... 61

4.8 Entupimento da linha de retorno (flowline) de fluido de perfurao................................. 63 4.9 Vibraes e choques .......................................................................................................... 64

5. Metodologia para o diagnstico de problemas de perfurao........................................... 67

5.1 Preparao preliminar da informao ................................................................................ 67

5.2 Dificuldade de manobra..................................................................................................... 69

5.3 Dificuldade de avano ....................................................................................................... 71

xix

5.4 Priso de coluna................................................................................................................. 74

6. Resultados e discusses ......................................................................................................... 77

6.1 Resultados sobre o problema de dificuldade de manobra ................................................. 78

6.2 Resultados sobre o problema dificuldade de avano......................................................... 87

6.3 Resultados sobre o problema priso .................................................................................. 96

6.4 Consideraes finais sobre os resultados........................................................................... 98

7. Concluses ............................................................................................................................ 101

8. Referncias Bibliogrficas .................................................................................................. 105

9. Anexos................................................................................................................................... 111

Anexos 1 Codificao de poos de petrleo segundo a portaria ANP-75 /2000................ 111

xxi

Lista de Figuras

Figura 2.1 Comandos de perfurao (JAOilfield, 2006) ............................................................... 13 Figura 2.2 Tubos pesados de perfurao (JAOilfield, 2006)......................................................... 13 Figura 2.3 Tubos pesados de perfurao (JAOilfield, 2006)......................................................... 14 Figura 2.4 Configuraes da BHA (Inglis, 1987).......................................................................... 15 Figura 2.5 Esquema poo de petrleo............................................................................................ 17

Figura 2.6 Formato de cascalho (Rocha et al., 2007) .................................................................... 26 Figura 2.7 Reduo da velocidade do rat hole (Tavares, 2006) .................................................... 27 Figura 2.8 Caliper do Poo 7-XXX-71D....................................................................................... 28

Figura 2.9 Carregamento no uniforme da formao salina (Nascimento et al., 2009) ................ 31 Figura 2.10 Esquema de poo em formaes salinas (adaptao Falco et al. 2005) ................... 32 Figura 3.1 Resumo de causas de perda de circulao.................................................................... 48

Figura 6.1 Caliper 7-XXX-12........................................................................................................ 79

Figura 6.2 Trajetria 7-XXX-12.................................................................................................... 80 Figura 6.3 Caliper 7-XXX-19D..................................................................................................... 84

Figura 6.4 Caliper 7-XXX-99D..................................................................................................... 85

xxiii

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 Fase condutor 30 perfurado........................................................................................ 22

Tabela 2.2 Fase superfcie 26....................................................................................................... 22

Tabela 2.3 Fase Produo 12 1/4" ................................................................................................. 23

Tabela 2.4 Fase HP aterrissagem................................................................................................... 24

Tabela 2.5 Fase HP drill in ............................................................................................................ 24

Tabela 2.6 Tipos de fluidos, respectivas vantagens e desvantagens.............................................. 33

Tabela 3.1 Diagrama da Classificao Causa-efeito de Dificuldade de Manobra......................... 42

Tabela 3.2 Diagrama da Classificao Causa-efeito de Dificuldade de Avano........................... 44

Tabela 3.3 Diagrama da classificao Causa-efeito de priso....................................................... 46

Tabela 6.1 Profundidade medida (MD) e litologia. ....................................................................... 81 Tabela 6.2 Resumo da identificao das causas do problema dificuldade de manobra ............... 82

Tabela 6.3 Trecho do Boletim Dirio de Perfurao poo 7-XXX-18D ...................................... 87

Tabela 6.4 Dados do fluido de perfurao do poo 7-XXX-18D................................................ 89

Tabela 6.5 Dados sobre a litologia do poo 7-XXX-18D ............................................................ 90

Tabela 6.6 Resumo da identificao das causas do problema dificuldade de avano .................. 92

Tabela 6.7 Resumo da identificao das causas do problema priso ........................................... 97

xxv

Nomenclatura

Letras Latinas

D Profundidade do poo [m] P Presso no fundo do poo [psi] ...................................................

Letras Gregas

massa especfica do fluido de perfurao [lb/gal] ...................................................

Abreviaes

AGT - Argilito BDP Boletim Dirio de Perfurao BHA Bottom Hole Assembly BOP Blow Out Preventer BP British Petroleum CLU Calcilutito DP Drill Pipe ECD Equivalent Circulation Density Exc Excessivo FHL Folhelho HLS Halliburton Logging Service HW Heavy Weight HWDP Heavy Weight Drill Pipe Kips kilo libras (klb) KOP Kick Of Point LWD Logging While Drilling MD Measured Depth ou Profundidade Medida (PM) MRG Marga MWD Measuring While Drilling PC Priso de Coluna PSB Peso Sobre a Broca PV Profundidade vertical PWD Pressuring While Drilling RFT Repeated Formation Test

xxvii

TNP Tempo No Produtivos TP Taxa de Penetrao ou Rate Of Penetration (ROP) TVD True Vertical Depth WBM Water Base Mud WOB Weight On Bit

Siglas

OTC Offshore Technology Conference SPE Society of Petroleum Engineers

1

Captulo 1

Introduo

1.1 Panorama Geral

A perfurao de poos de petrleo, desde os seus primrdios, caracterizou-se por ser uma

atividade que envolve grande complexidade, riscos e sobretudo, elevados custos financeiros. Os

ltimos anos tm sido marcados pela expanso das fronteiras exploratria e de produo, com

destaque para as lminas de gua cada vez mais profundas, e o uso de tcnicas direcionais que

tm permitido a perfurao de poos de longa extenso e multilaterais, visando garantir a mxima

recuperao do leo em campos recm-descobertos, marginais e/ou maduros.

Nesse esforo de buscar o leo em horizontes mais profundos, e em condies ambientais

adversas, surgem problemas que no s retardam o curso das operaes como tambm oneram o

custo dos projetos. Por exemplo, o custo dirio de uma sonda varia entre US$ 600 a US$ 700 mil (Barbassa, 2008), uma parada qualquer que seja faz disparar automaticamente os custos. A atividade de perfurao, por si s, exige paradas para manuteno, troca de equipamentos

desgastados ou avariados, por vezes, por indisponibilidade de recurso e/ou por condies oceano-

meteorolgicas adversas. Se forem adicionados os Tempos No Produtivos que os eventuais

problemas operacionais podem causar, acaba tornando os projetos muito onerosos ainda.

Os problemas na perfurao de poos envolvem fatores da natureza fsica e qumica das

litologias atravessadas e da geomecnica, isto , o campo de tenses e grau de fraturamento das

formaes rochosas, que subseqentemente acabam afetando a estabilidade das paredes do poo.

Outro fator igualmente importante a natureza reolgica do fluido de perfurao utilizado e sua

capacidade, dentre muitas funes, de carrear o cascalho, muitas vezes, em trechos alargados,

fechados, com inclinao elevada e em grandes extenses, e acrescentando a isso o desafio de

manter a presso interna no poo nos limites planejados de maneira que a perfurao decorra da melhor forma possvel. Ainda nesta mesma seqncia, existem, problemas que derivam de falhas

2

mecnicas (precoces, por depreciao ou por eventual defeito de fabricao) e os problemas causados por falha operacional humana. Todos esses problemas representam desafios na

perfurao de poo e exigem um estudo aprofundado para assegurar o acesso aos reservatrios em

tempo e condies econmicas vantajosas.

O presente trabalho centra-se nos problemas de instabilidade das paredes e de hidrulica de

poo, fazendo simplesmente uma anlise exaustiva das causas, associando os diversos fatores que

influem nas mesmas, e apresentando, no final, uma proposta de identificao mediante um

procedimento diagnstico.

Os problemas, objeto deste estudo, so: dificuldade de avano, dificuldade da manobra, priso de coluna e de cabo de perfilagem, perda de circulao, kicks e blowouts, poo inadequado

para perfilagem, cimentao deficiente, falha no revestimento do poo, falha nos equipamentos de

composio de fundo (Bottom Hole Assembly BHA), falha na trajetria do poo, instabilidade da cabea de poo e queda de objeto no poo.

O trabalho requer um grande domnio do conhecimento disponvel sobre perfurao de

poos de petrleo e experincia de campo, que permita o melhor discernimento das causas dos

problemas, diante dos seus mais variados sintomas. Assim, na fase de reviso bibliogrfica foram

desenvolvidas as seguintes atividades:

Consulta da literatura disponvel como livros de referncias na rea de perfurao de

poos ((Bourgoyne et al., 1991), (Economides et al., 1998), (Rocha et al., 2006), ( Rocha et al., 2007)); manuais de perfurao (Almeida (1977), Devereux (1998)), porm maior ateno e enfoque foram dados as dissertaes de ps-graduao de profissionais da

Indstria que por aliarem a teoria a experincia de campo;

Consulta s bases de dados da SPE (Society of Petroleum Engineers) e OTC (Offshore Technology Conference). Nessas bases foram pesquisados artigos relacionados com os problemas mapeados, neles se encontram descritas as causas e a maneira como

eles foram ultrapassados ou ainda como tem sido abordados nas diversas provncias

petrolferas pelo mundo;

3

Consulta de boletins dirios de perfurao e relatrios de perfurao, visto que o

conhecimento do curso normal da perfurao importante para entender os eventos

anmalos. Os boletins dirios de perfurao apresentam informaes sobre a seqncia

de procedimentos durante a perfurao de cada fase. Os relatrios de perfurao

apresentam uma viso mais ampla da perfurao do poo. Os pontos de maior destaque

para o estudo foram s lies aprendidas e s configuraes das BHAs para cada fase,

tipo de poo e os resultados obtidos com as mesmas;

O conhecimento e a experincia de campo constituem um recurso valioso. Dessa

forma, foram conduzidas entrevistas e reunies com profissionais para o esclarecimento

de conceitos e prticas. Isso contribui muito para elaborao, por exemplo, dos

diagramas causa-efeito dos problemas;

Com o conhecimento adquirido nos passos anteriores foram elaborados trs

procedimentos para identificao das causas dos problemas. Para o efeito so formuladas

uma srie de hipteses possveis mediante os relatos do BDP. E o estudo continua

apresentando uma associao de causas que levam determinao do problema;

Os procedimentos para identificao das causas dos problemas de dificuldade de

manobra, de dificuldade de avano e de priso de coluna foram implementados em

trechos de mais de 100 poos martimos de desenvolvimento por dois grupos de pesquisa

da Unicamp e da Genesis do Brasil tendo chegado s mesmas concluses classificativas,

o que atesta a eficcia do modelo proposto.

4

1.2 Motivao do trabalho

O trabalho visa estudar e caracterizar os problemas que ocorrem no decurso das operaes

de perfurao de poos de petrleo. O entendimento aprofundado dos sintomas/causas e dos

domnios em que os mesmos ocorrem representa um ganho importantssimo para indstria. Alm

disso, contribui para a maximizao da eficincia na perfurao atravs da minimizao e/ou

eliminao dos tempos no produtivos (TNP). Estes TNPs tm sido responsveis por vultosas perdas financeiras com as operaes de perfurao de poos.

Uma das utilidades deste estudo tambm servir de base para construo ou tornar cada vez

mais robustas as ferramentas de acompanhamento da perfurao, em tempo real, podendo, qual

um especialista, lanar alertas ou informaes para deteco de anormalidades e tomadas de

decises, de forma a prevenir a ocorrncia de problemas, ou mitigar os seus efeitos mediante a

adoo de medidas e procedimentos adequados.

O conhecimento aprofundado dos sintomas leva ao diagnstico das causas dos problemas, e

com isso tambm se pode construir uma base de dados das ocorrncias que sirva de informao

de correlao para futuros projetos de poo.

Assim sendo, o presente trabalho prope trs procedimentos para identificao das causas

de problemas nas operaes de perfurao de poos de petrleo cujo conhecimento pode servir: para otimizao das operaes de perfurao, como dados de correlao para futuros projetos de poos e para auxiliar na formao de jovens profissionais.

5

1.3 Organizao do trabalho

Este trabalho encontra-se estruturado em sete captulos, como se segue:

No Captulo 1, constam a introduo, motivao e organizao;

No Captulo 2, apresentam-se os fundamentos de perfurao de poos e faz-se um

estudo da perfurao em determinados tipos de litologias, como folhelhos, margas, sais,

etc. Este conhecimento a base das prximas unidades a serem estudadas;

No Captulo 3, apresentam-se os problemas que podem ocorrer durante a perfurao

de poos de petrleo;

No Captulo 4, apresenta-se a consolidao e sistematizao das causas dos

problemas de perfurao, bem conhecidos na indstria, e faz-se um estudo aprofundado

dos mesmos, visando identificao do comportamento dos parmetros mecnicos e

hidrulicos, e outros fatores que possam influenciar as anormalidades;

No Captulo 5, apresenta-se a metodologia para o diagnstico dos problemas de

perfurao. Nessa seo, feita a descrio de como se processa a anlise preliminar das

informaes dos Boletins Dirios de Perfurao, bem como se prope procedimentos

para a identificao das causas dos problemas de dificuldade de manobra, dificuldade de

avano e priso de coluna.

No Captulo 6, apresentam-se os resultados da implementao dos procedimentos

para identificao das causas dos problemas em mais de 100 poos martimos de

desenvolvimento, nos quais relataram-se problemas de dificuldade de manobra, de

dificuldade de avano e de priso.

No Captulo 7, apresentam-se as concluses do trabalho.

7

Captulo 2

Fundamentos bsicos de perfurao de poos

2.1 Breve histrico da perfurao de poos

Os primeiros registros de perfurao de poos datam de 256 a.C., quando os chineses

usavam a perfurao percusso para perfurar poos com centenas de ps de profundidade para

captao de gua, extrao de gs ou sal. Na era moderna, em 1859, o primeiro poo de petrleo

foi perfurado pelo Coronel Edwin L. Drake, na Pensilvnia, Estados Unidos de America

(Almeida, 1977).

Desde a poca do Coronel Drake at os dias de hoje, a indstria de petrleo tem se caracterizado por defrontar com constantes desafios tecnolgicos, sempre buscando maneiras

mais econmicas de produzir os hidrocarbonetos. Ao longo dos anos, esta busca tem levado a

uma expanso cada vez maior das fronteiras tecnolgicas. Os reservatrios so encontrados em

profundidades cada vez maiores e em lmina dgua cada vez mais profundas, demandando novas

tecnologias para explorao e produo de petrleo.

Na indstria de petrleo so utilizados dois mtodos de perfurao, a percusso e o rotativo,

sendo este ltimo o mais utilizado.

O mtodo de perfurao a percusso consiste no golpeamento da formao com trpano ou

broca em forma de cinzel. Nesse mtodo, a remoo dos cascalhos feita descendo a caamba e o

fluido de perfurao de base gua. No cenrio atual da indstria de petrleo (explorao e produo em guas ultra-profundas e reservatrios a elevadas profundidades, poos direcionais

etc), este mtodo caiu em desuso. O mtodo de perfurao a percusso mostra-se invivel medida que se aumenta a profundidade e complexidade das trajetrias do poo, bem como se

8

revela inadequado no controle de influxo indesejado de fluidos da formao para o poo, arriscando a ocorrncias de blowouts.

O mtodo de perfurao rotativo largamente utilizado na indstria. Nele as formaes

rochosas so perfuradas atravs da rotao e peso aplicados pela broca existente na extremidade

de uma coluna de perfurao, a qual consiste basicamente de comandos (tubos de paredes espessas) e tubos de perfurao (tubos de paredes finas).

A remoo dos cascalhos efetuada pelo fluido de perfurao, que tambm serve para

manter a presso hidrosttica, lubrificao e resfriamento dos equipamentos de perfurao. O

fluido injetado por bombas para o interior da coluna de perfurao atravs da cabea de injeo, ou swivel, e retorna superfcie atravs do espao anular entre a coluna e o poo, revestimento ou

riser.

Ao atingir uma determinada profundidade, a coluna de perfurao retirada do poo e uma

coluna de revestimento de ao, de dimetro inferior ao da broca, descida no poo. O anular

entre os tubos de revestimento e as paredes do poo cimentado com a finalidade de isolar as

rochas atravessadas, permitindo ento o avano da perfurao com segurana.

Aps a operao de cimentao, a coluna de perfurao novamente descida no poo,

tendo na sua extremidade uma nova broca de dimetro menor do que a do revestimento para o

prosseguimento da perfurao, e esta operao repetir-se- em vrias fases correspondendo

diferentes dimetros de brocas.

2.2 Dados de perfurao

Os dados de perfurao podem ser coletados diretamente pelos sensores situados na

superfcie ou na subsuperfcie. Outros parmetros so calculados usando as informaes colhidas

como, por exemplo, a taxa de penetrao.

A seguir, apresentam-se as definies de alguns sistemas de coleta de dados e outras fontes

de informao das operaes de perfurao.

9

Boletim Dirio de Perfurao (BDP) trata-se de um relatrio dirio descritivo onde cada operao relatada, no tempo e na profundidade medida que a perfurao vai avanando.

Nele relatada a designao e a durao de cada evento (em horas), a profundidade medida do incio e a do trmino de cada evento. um documento imprescindvel para realizao de qualquer trabalho de ps-anlise, pois nele contm registros que servem de guia para

interpretao de dados. Os dados dos BDPs so importantes uma vez que podem servir tambm

como informao de correlao para elaborao do projeto do poo, bem como do seu e planejamento (Miura et al., 1992; Miura et al., 2003).

Um dos grandes problemas no processamento do valioso conhecimento contido nos BDPs

o fator tempo. Trata-se de uma atividade morosa chegando a representar seis meses de trabalho

para que um especialista possa classificar e consolidar as informaes (Rabelo et al., 2005).

MWD (Measuring While Drilling) Termo que significa efetuando medies enquanto se vai perfurando, uma ferramenta de monitoramento contnuo da perfurao, acoplada

composio de fundo (BHA) cuja finalidade fazer perfilagem e medies, em tempo real, de parmetros mecnicos (torque, rotao, peso sobre a broca e carga no gancho) e hidrulicos (vazo, presso de bombeio) durante a perfurao de um poo. Os dados coletados por este sistema so enviados superfcie por pulsos de presso no fluido atravs do anular.

LWD (Logging While Drilling) uma ferramenta de monitoramento contnuo das operaes de perfurao e encontra-se acoplada na composio de fundo (BHA) cuja finalidade efetuar a perfilagem, em tempo real. Os dados so enviados superfcie por pulsos de presso no

fluido de perfurao atravs do anular.

PWD (Pressuring While Drilling) uma ferramenta de monitoramento contnuo das operaes de perfurao e encontra-se acoplada na composio de fundo (BHA) cuja finalidade efetuar medies de presses no fundo e em tempo real. Os dados so enviados superfcie por

10

pulsos de presso no fluido de perfurao atravs do anular. Esta ferramenta fornece informao

sobre presso dinmica de circulao no fundo do poo (ECD Equivalent Circulation Density).

O perfil do Caliper uma ferramenta de acompanhamento da perfurao, descida a cabo ou incorporada na ferramenta do MWD, que faz a medio do dimetro interno do poo ao longo

de toda a trajetria do mesmo. Ela registra com isso os trechos onde h reduo do dimetro (por exemplo, fechamento do poo) e onde h tambm alargamentos (paredes desmoronadas, cavernas etc.). Os valores registrados pelo perfil do caliper so depois comparados, ao longo da profundidade medida, com dimetro da broca para apurar as condies do poo.

Mudlogging um sistema de monitoramento constitudo por sensores de superfcie que registram os parmetros mecnicos, hidrulicos e as litologias atravessadas durante as operaes

de perfurao. Estes parmetros podem ser diretamente medidos pelos sensores instalados na

sonda como, por exemplo, a temperatura do fluido de perfurao na entrada e na sada do poo,

ou calculados atravs da relao entre os valores dos parmetros previamente medidos. Como

exemplo, tem-se que a taxa de penetrao calculada dividindo a profundidade perfurada, em

metros, pelo tempo (em horas) que demorou o avano da perfurao do trecho considerado. A taxa de perfurao vem expressa em metros por hora (m/h).

A seguir, so listados uma srie de parmetros monitorados pelo sistema mudlogging:

Profundidade medida do poo (Measured Depth, MD);

Profundidade vertical do poo (Total vertical depth, TVD);

Profundidade da broca (Bit Depth);

Taxa de penetrao (Rate of Penetration, ROP);

Amplitude da oscilao vertical da onda (Heave);

Altura no gancho (Hook Height);

Carga no gancho (Hook load);

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Rotao da coluna (Rotation per minute, RPM);

Torque;

Peso sobre a broca (Weight on Bit, WOB);

Volume de lama nos taques (Mud pit);

Presso de bombeio do fluido de perfurao (Pump pressure);

Nmero de ciclos de bombeio por minuto (Stroke per minute, SPM);

Presso no choke (Choke line pressure);

Vazo de entrada/sada de fluido no poo (Mud flow in/out);

Vazo de sada de fluido do poo;

Tempo de retorno do fluido (Lag time);

Concentrao de gs no fluido de perfurao (Total gas);

Distribuio da concentrao do gs;

Deteco de H2S no ambiente das peneiras;

Comprimento da seco de drill pipe (Stand length);

Resistividade do fluido de perfurao na entrada e na sada do poo;

Temperatura do fluido de perfurao na entrada e na sada do poo;

O controle dos parmetros supracitados muito importante durante a perfurao de um

poo, pois garantem o sucesso operacional ou a previso em tempo oportuno de eventuais

anormalidades (Tavares et al., 2005).

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Os tipos de litologias perfuradas so identificados pelas amostras de calha recolhidas nas

peneiras. Na perfurao de poos martimos, no incio do poo, o cascalho geralmente lanado

ao fundo marinho e o fluido usado base gua. Nesta fase, o servio de mudlogging no est

disponvel. Somente nas fases em que h retorno do fluido que o servio est totalmente

operacional (Tavares, 2006).

Hoje existe na indstria de petrleo um grande volume de dados de perfurao. O grande avano tecnolgico na rea de instrumentao de poos tem levado cada vez mais a uma melhor

automatizao e sofisticao de sensores de superfcie e subsuperfcie aumentando a

confiabilidade, a quantidade e a qualidade dos dados. Assim, so gerados grandes volumes de

dados por cada poo perfurado, porm estes so simplesmente armazenados e subutilizados

(Arturo et al., 2008).

2.3 Composio da coluna de perfurao

A coluna de perfurao o conjunto formado por comandos de perfurao, tubos de perfurao e substitutos, estabilizadores, escareadores (reamers), equipamento de absoro de choques (shock sub), ferramentas de monitoramento, em tempo real, como MWD, LWD, PWD, alargadores (under reamers), e tendo na sua extremidade a broca. Esse conjunto tem como funo a transmisso da rotao broca, a aplicao e a manuteno de peso sobre a mesma, e viabilizar,

no seu interior, o fluxo do fluido de perfurao que parte desde a cabea de injeo (swivel) at a broca retornando pelo anular. A transmisso da rotao pode ser feita pela mesa rotativa ou por

top drive. A coluna de perfurao est sujeita a muitos esforos dinmicos, desde condies oceano-meteorolgicas, toro, flexo, fora normal e fora cortante.

A seguir, esto descritos cada componente de uma coluna de perfurao.

Os comandos de perfurao tambm chamados Drill Collars (DC), Figura 2.1, so tubos de ao de elevada espessura colocados logo acima da broca para fornecer grande peso sobre a mesma

assegurando melhor controle da trajetria do poo. No caso de uma parada, se os comandos

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estiverem em frente zona permevel, pode ocorrer priso por diferencial de presso. Para evitar

esta anormalidade utiliza-se um tipo de comando espiralado. A existncia destas espirais evita

que toda superfcie dos comandos esteja em contato com a parede do poo minimizando assim o risco deste tipo de priso.

Figura 2.1 Comandos de perfurao (JAOilfield, 2006)

Os tubos pesados ou Heavy Weight Drill Pipes (HWDP), Figura. 2.2, apresentam um dimetro inferior comparando com os comandos. Esses tubos so responsveis por formar uma

transio de rigidez na coluna de perfurao entre os comandos e os drill pipes que so ligados

imediatamente acima destes. Essa transio reduz a possibilidade de existncia de falha por

fadiga. Os tubos possuem maior espessura de parede, unies mais resistentes e revestidas de

metal duro e o reforo central no corpo do tubo revestido de metal duro (Bourgoyne et al., 1991).

Figura 2.2 Tubos pesados de perfurao (JAOilfield, 2006)

Os tubos de perfurao (Drill Pipes DP), Figura 2.3, fazem a conexo dos tubos pesados (Heavy Weight Drill Pipe), resinados internamente visando a reduo de eventual desgaste e

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corroso. Estes se estendem da conexo com os HWDP at a altura da mesa rotativa. Quanto rigidez, esses apresentam menores valores comparando-os com os comandos e tubos pesados.

Figura 2.3 Tubos pesados de perfurao (JAOilfield, 2006)

Em todos esses trs grupos de tubos de perfurao as conexes (tool joints) so todas semelhantes, numa extremidade pino e noutra caixa, ambas contendo roscas cnicas. Estes tubos

podem apresentar falhas derivadas de fadiga, ranhuras, sulcos, corroso e trao.

A coluna de perfurao constituda tambm por elementos acessrios como os substitutos,

os estabilizadores, os alargadores e os amortecedores de vibraes.

Os substitutos tm vrias funes, tais como:

1. Movimentar os comandos, possuem a seo superior com dimetro externo igual a dos

tubos de perfurao para facilitar a adaptao do elevador (sub de iamento);

2. Conectar a broca, sendo que as conexes ao primeiro e a broca so todas pino (sub da broca);

3. Conectar tubos de diferentes roscas e dimetros (sub de cruzamento).

Os estabilizadores so tubos de ao que conferem maior rigidez coluna, por possurem

dimetro igual ao da broca e permitem a manuteno do dimetro do poo.

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Figura 2.4 Configuraes da BHA (Inglis, 1987)

A BHA pode apresentar vrias configuraes possveis, consoante o tipo de poo e

trajetria. A Figura 2.4 ilustra os possveis arranjos de estabilizadores para ganho e perda de ngulo da BHA.

2.4 Fases de Perfurao de um poo

A perfurao de um poo de petrleo feita por fases correspondendo a dimetros de broca

e respectivos revestimentos. A depender do tipo, trajetria de poo e reservatrio estas podem variar consoante a especificidade de cada projeto. A seguir se apresenta uma possvel seqncia simplificada das fases de perfurao de um poo martimo.

1. Fase de condutor: Em perfurao martima, esta fase pode ser perfurada utilizando o

alargador de 36, descido e cimentado o revestimento condutor de 30, ou ainda jateada quando solo marinho for mole e o seu revestimento condutor de 30 cravado. O fluido de

perfurao usado gua do mar. Os cascalhos so atirados ao fundo marinho no existindo

retorno de lama para sonda. Os dimetros tpicos do revestimentos so: 30, 20 e 13 3/8.

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2. Fase de superfcie: nesta fase o revestimento do poo cimentado em toda sua extenso para evitar a flambagem devido ao elevado peso dos equipamentos de segurana do poo e

dos revestimentos a serem assentados nas prximas fases. O fluido de perfurao usado

gua do mar. Os cascalhos so atirados ao fundo marinho no existindo retorno de lama

para sonda. Os dimetros tpicos do revestimentos so: 20, 18 5/8, 16, 13 3/8, 10 e

9 5/8.

3. Fase de intermedirio: Nesta fase registra-se a descida e o assentamento do BOP (blowout preventor), que um equipamento fundamental para segurana das operaes de perfurao e para todo pessoal na plataforma. O poo est conectado com a sonda e o fluido

de perfurao retorna pelo anular para as peneiras fechando o ciclo injeo, retorno, tratamento e injeo. Salienta-se que esta fase tem como objetivo o isolamento e proteo de zonas de alta ou baixa presses, zonas de perda de circulao, formaes mecanicamente

instveis, formaes com fluidos corrosivos ou contaminantes para o fluido de perfurao.

Os dimetros tpicos de revestimento pode ser 13 3/8, 9 5/8 e 7.

4. Fase de produo: A perfurao atinge o reservatrio, um intervalo produtor, tem que

se ter cuidado com o tipo de fluido para no criar dano formao. O poo pode ser

mantido aberto em condies em hajam formaes competentes ou com uma tela de conteno de areia em formaes inconsolidadas. Os dimetros tpicos dos revestimentos

podem ser 9 5/8, 7e 5 .

As fases de perfurao de poo de petrleo dependem de vrios fatores como: o tipo das

formaes a serem atravessadas, dos dados de correlao (explicando a profundidades onde ocorreram problemas, por exemplo), em suma, tudo depende do tipo de projeto de poo.

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A perfurao das fases composta por uma srie de rotinas medida que se vai avanando

para horizontes mais profundos. Mais adiante se far uma descrio sucinta destas rotinas.

A seguir se apresenta um esquema ilustrativo de um poo vertical (corte transversal) de um possvel projeto contendo 4 fases.

Figura 2.5 Esquema poo de petrleo

2.5 Operaes de rotina durante a perfurao de um poo

Manobra uma operao que visa a descida ou retirada parcial ou completa da coluna de

perfurao de poo.

Por exemplo, faz-se manobra para:

Troca de broca desgastada ou por outra adequada a formao ou ainda a fase que se

iniciar;

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Retirando a coluna at a sapata mais prxima para verificao das condies de poo

(manobra curta);

Descida de equipamento de perfilagem;

Testemunhagem;

Pescaria;

Efetuar conexes;

Troca de equipamento da BHA.

Conexo operao que se caracteriza pelo acrscimo de tubos de perfurao coluna de perfurao depois que o topo do Kelly (ou top drive) atinge a mesa rotativa. O kelly elevado at o primeiro tubo de perfurao aparecer e coloca-se a cunha na coluna de maneira a que o peso

fique sustentado pela mesa rotativa. Desconecta-se o kelly da coluna e conecta-se ao tubo de

perfurao a ser adicionado, e seguidamente eleva-se o conjunto kelly e tubo de perfurao, conecta-se novamente a coluna e retira-se a cunha e desce-se a coluna at o kelly encaixar na

mesa rotativa e volta a perfurao de novos trechos. O mesmo sucede se a perfurao for com top

drive.

A circulao efetuada para garantir a limpeza do poo durante a perfurao. Quando existir indcios de acmulo de cascalho no espao anular podendo causar eventual priso da

coluna de perfurao. Pode ainda existir fatores que levam a intervalos de circulao, como sendo

para:

Manter a limpeza no poo

Garantir uma retirada da coluna de perfurao em segurana evitando pistoneio;

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Condicionamento para descida do revestimento;

Se restabelecer a rotao (em caso de perda desta - ameaa de priso - no decorrer na perfurao);

Troca de fluido;

Cimentao;

Lavar fundo falso;

Eliminar excesso de torque e arraste;

Alargamentos e repasses (backreaming) os repasses so feitos para manter os trechos em boas condies para que os revestimentos, perfis de perfilagem, coluna de pescaria e demais

componentes da BHA possam passar sem problemas no dimetro planejado no projeto de poo. Esta operao feita com alargador que se encontra acima da broca, e normalmente

caracterizado por baixo peso e baixa rotao na broca para evitar seu desgaste prematuro.

Repassa-se na retirada quando houver indcios de resistncia (por exemplo, acunhamento);

Repassa-se na descida quando h intervalos que ofeream resistncia (por exemplo: topamento);

Repassa-se quando h ameaa de priso;

Repassa-se para cortar a pega de cimento.

A cimentao uma operao que consiste no bombeio de uma pasta de cimento para o

preenchimento do espao anular entre a tubulao do revestimento e as paredes do poo, isto far

com que no haja migrao de fluidos das formaes perfuradas. A cimentao executada depois da descida da coluna de revestimento e se repete o mesmo procedimento consoante o

nmero de fases projetadas para o poo. Antes de qualquer operao de cimentao deve-se

20

condicionar ou fazer a circulao no poo (normalmente em perodos de duas horas ou mais) para resfri-lo e assegurar uma boa pega da pasta de cimento.

Recomendam, as boas prticas de perfurao, cortar o tampo de cimento usando uma BHA

com broca lisa. A BHA descida sem os aparelhos acessrios (MWD, estabilizadores, etc.), pois o efeito da vibrao provocada pela ao mecnica da broca pode danificar estes equipamentos.

No entanto, por razes de reduo do tempo de manobras nas operaes, comum usar-se uma

BHA com todos os equipamentos no incio da perfurao. A broca corta o primeiro o tampo de

cimento e prossegue com a perfurao.

Teste de absoro (leakoff test) efetuado no trecho imediatamente abaixo da sapata para determinao da presso de fratura da formao. Durante o teste bombeia-se o fluido de

perfurao para que a presso possa ser incrementada gradualmente. O processo monitorado at

que se atinja uma presso para qual o fluido entra na formao, esta a presso de fratura. O resultado deste teste determina o peso mximo que o fluido deve ter durante a perfurao dessa

fase. Por razes de segurana operacional o peso do fluido mantido ligeiramente abaixo da

presso obtida no teste.

O teste de absoro tambm serve para avaliar a qualidade da cimentao na sapata quando

possvel deve-se deixar aberta a comunicao do anular entre o revestimento descido e o anterior

(Siqueira, 1989). Este teste tambm conhecido como teste de integridade a presso (pressure integrity test).

A perfilagem uma operao que consiste na descida de ferramentas com o objetivo de medir as caractersticas ou propriedades da rocha (porosidade, permeabilidade, nvel de saturao em fluidos, argilosidade, fraturas etc.) inspecionar o dimetro do poo (por exemplo: o caliper), verificar a qualidade de cimentao, etc. De uma maneira geral a perfilagem contribui para o

melhor conhecimento das formaes atravessadas e do tipo de fluidos contidos no meio poroso

respectivo avaliao das formaes. Na perfurao de um poo piloto curto quando a inclinao

inferior a 55 no realiza-se perfilagem a cabo visto que, os equipamentos de perfilagem a cabo

tm grandes dificuldades em descer. Os dados so coletados pelos MWD e LWD. A perfilagem a

21

cabo faz-se geralmente em poos pilotos longos. Uma leitura com mais detalhes pode ser feita em

Hilchie (1982) e Helander (1983).

Testemunhagem. Para uma melhor avaliao da formao para alm dos dados indiretos

fornecidos pela perfilagem existe a necessidade de anlise de amostras. A testemunhagem se faz

descendo uma broca especifica vazada com dois barriletes um externo que gira com a coluna

outro interno onde se vai alojar a amostra. medida que a coroa avana, o cilindro da rocha no perfurada encamisado pelo barrilete interno e em seguida iado at a superfcie. A

testemunhagem feita geralmente com uma broca de 8" para garantir uma colheita mais

confivel do testemunho sem grandes perturbaes da formao.

Pescaria: uma operao que consiste em recuperar objetos que tenham cado no fundo do poo ou tenham ficado aprisionados nele.

Seqncia bsica de operaes de perfurao

A perfurao de um poo segue uma seqncia de operaes em que o fim de uma dita o

incio imediato da prxima. O entendimento desta lgica seqencial importante para o estudo de

problemas de poo, pois conhecendo as atividades normais que se pode ter experincia

identificar eventos anmalos.

Em seguida apresentar-se-o, em forma de tabelas, algumas seqncias bsicas possveis de

operaes em determinadas fases de perfurao:

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Tabela 2.1 Fase condutor 30 perfurado

FASE CONDUTOR PERFURADO

Movimentao de Sonda

Instalao de linhas de ancoragem ou calibrar Posicionamento Dinmico

Montagem e descida de BHA de 26" com alargador de 36"

Perfurando com BHA de 26"

Condicionamento de Poo

Retirada de BHA 26"

Descida de Revestimento de 30"

Circulando para cimentar

Cimentando revestimento de 30"

Retirada de coluna de assentamento do revestimento

Aguardando pega do cimento

Tabela 2.2 Fase superfcie 26

FASE SUPERFICIE 26"

Montagem e descida de BHA de 26"

Cortando cimento

Perfurando 10 m com BHA de 26"

Circulando para teste de absoro

Teste de absoro

Perfurando com BHA de 26"

Condicionamento de poo

Descida de revestimento de 20"

Circulando para cimentar

Cimentando revestimento de 20"

Retirada de coluna de assentamento do revestimento

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Tabela 2.3 Fase intermedirio 17 1/2"

FASE INTERMEDIARIO 17 1/2"

Instalao do BOP

Teste de BOP

Montagem e descida de BHA de 17 1/2"

Perfurando 10 m com BHA de 17 1/2"

Circulando para teste de absoro

Teste de absoro

Perfurando com BHA de 17 "

Condicionamento de poo

Descida de revestimento de 13 3/8"

Circulando para cimentar

Cimentando revestimento de 13 3/8"

Tabela 2.3 Fase Produo 12 1/4"

FASE PRODUO 12 1/4" Montando e descendo BHA de 12 1/4"

Cortando o cimento

Perfurando 10 m

Circulando para teste de formao

Teste de formao

Perfurao

Retirando a coluna com BHA 12 "

Montando e descendo a BHA de 8 1/2" com barrilete

Testemunhando

Retirando a coluna com BHA 8 1/2'' com testemunho

Montando e descendo BHA de 12 1/4"

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Tabela 2.4 Fase HP aterrissagem

HP ATERRISSAGEM

Montagem de BHA de 12 1/4"

Descida de BHA 12 1/4''

Calibrao de BHA 12 1/4''

Perfurao direcional

Teste de absoro

Perfurao direcional (at o topo do reservatrio) Circulao

Manobra curta (condicionamento do poo) Retirada de BHA 12 1/4''

Descida de revestimento de 9 5/8"

Circulao

Tabela 2.5 Fase HP drill in

HP DRILL IN

Montagem de BHA 8

Descida de BHA 8

Calibrao de BHA 8

Perfurando 8 (10m) Teste de absoro

Perfurando 8

Retirada de BHA. 8

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2.6 Perfurao em folhelhos e margas

Os folhelhos e margas pertencem ao grupo das rochas sedimentares. Estas so formadas na

superfcie da terra e/ou a pouca profundidade e a temperatura ambiente. As rochas sedimentares

so formadas da desagregao e decomposio das rochas pr-existentes e a subseqente

decomposio qumica resultante de fenmenos de eroso e diagnese ou ainda da atividade

orgnica de seres vivos. So constitudas por lminas finas e paralelas esfoliveis especialmente

quando expostas a alta compactao e presses.

Sugiro (1980) descreve a marga como sendo um tipo de rocha sedimentar calcria contendo uma larga porcentagem de argila e formada por sedimentos detrticos e ou carbonatados de

depsitos marinhos e lacustres que se afundaram progressivamente e se misturaram com produtos

de precipitao qumica ou resduos orgnicos.

Na perfurao de poos de petrleo comum encontrar camadas de folhelhos e/ou margas.

Estas formaes exercem a funo de selo ou capa dos reservatrios petrolferos devido a sua

baixa permeabilidade, pelo que sempre que se perfure h uma forte possibilidade de atravess-las.

Segundo Devereux (1998), as rochas argilosas correspondem a 75% das rochas perfuradas na explorao e explotao de petrleo, e este tipo de rocha a causa de mais de 90% dos problemas

de instabilidade das paredes do poo.

A perfurao destas formaes, quando o fluido de perfurao base gua, pode apresenta

anormalidades no poo que se podem resumir em:

Inchamentos provocando a reduo do dimetro interno do poo;

Enceramento da broca e da BHA;

Desmoronamentos provocando o aumento no volume de cascalho, por vezes,

dificuldade no carreamento dos mesmos. Os trechos desmoronados so caracterizados

26

por alargamentos do dimetro interno do poo, isso causa conseqentemente uma

reduo da velocidade do fluido no anular que propicia o acmulo de cascalho.

Segundo Rocha et al. em 2007 as informaes do tamanho, formato e quantidade do

cascalho so um importante indicador do grau de balanceamento de presses durante a

perfurao. Isto mais evidente nos folhelhos em que pelo tipo de cascalho se pode inferir a

condio de estabilidade das paredes de poo e o grau de balanceamento entre o poo e a

formao perfurada. Folhelho lascado, como prprio nome indica, apresenta-se em lascas, tem

um formato cncavo, geralmente pontiagudo e fino (Figura 2.6A). Este tipo de cascalho causado por falhas por trao e esta relacionado presses anormalmente altas ou ainda quando a

presso no interior do poo igual ou inferior a da formao. O cascalho desmoronado, segundo

os mesmos autores, caracterstico de falhas por cisalhamento devido a liberao de tenses.

Estes apresentam geralmente uma geometria retangular e mais espesso (Figura 2.6B).

Um indicador de perfurao sub-balanceada o aumento da quantidade de cascalhos e/ou

existncia de fundo falso, ocasionalmente, pode ocorrer a esse fenmeno, e um aumento de

torque e da presso de bombeio registrado.

Figura 2.6 Formato de cascalho (Rocha et al., 2007)

27

Todas as anormalidades mencionadas dependem do fator intervalo de tempo a que a

formao esta exposta, pelo que se recomenda, nestas situaes, fazer-se o assentamento do

revestimento com maior brevidade para assegurar a integridade do poo (Devereux,1998).

Os trechos alargados e/ou no rat hole (ver Figura 2.7) apresentaro anormalidades, pois haver uma reduo da velocidade, diminuio da capacidade de carreamento de cascalhos e

conseqentemente ir gerar um acmulo deste principalmente durante as paradas para conexes.

Figura 2.7 Reduo da velocidade do rat hole (Tavares, 2006)

A Figura 2.7 ilustra uma situao em que iniciando uma nova fase, haver um trecho (rat hole) em que a velocidade do fluido de perfurao ser menor por alargamento do dimetro do poo.

Os alargamentos no trecho de ganho de ngulo (kick off point) so extremamente indesejveis visto que causam problemas no direcionamento da ferramenta, nas manobras, bem como na limpeza do poo Devereux (1998).

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Em seguida apresenta-se uma ilustrao do formato do caliper nas condies em que h

fechamento do poo por inchamento de argilas. O trecho de 1900 a 2700 m (Figura 2.7) corresponde formao argilosa (a uma intercalao de margas e folhelhos).

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1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800Profundidade medida (m)

Di

met

ro (in

.)

Caliper Broca

Figura 2.8 Caliper do Poo 7-XXX-71D

A figura 2.8 ilustra o trecho perfurado onde foi corrido o perfil do caliper para verificar o

estado do dimetro interno do poo. Neste caso, o caliper indica trechos com reduo de dimetro

1900 a 2700 m, fechamento por inchamento de argilas.

Breve caracterizao dos folhelhos

Os folhelhos so constitudos por minerais de argilas cujo comportamento na presena da gua causa estes problemas de estabilidade do poo. Assim, para melhorar o desempenho e

29

reduo dos Tempos No Produtivos na perfurao de vital importncia o estudo do principal

componente dos folhelhos, as argilas.

Argila um material natural, de textura terrosa e de granulao fina, constituda

essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais que no so argilominerais

como quartzo, mica, pirita, hematita, etc., e matria orgnica (Meurier, 2005).

Os principais grupos de argilominerais so clorita, caolinita, ilita e esmectitas. O presente

estudo vai incidir sobre as esmectitas pela sua importncia na perfurao.

As esmectitas so argilominerais constitudos por alumino-silicatos de sdio, clcio,

magnsio, ferro, potssio e ltio, que inclui, entre outros os seguintes minerais, montmorilonita,

nontronita, saponita, hectorita, sauconita, beidelita e volconsota (Meurier, 2005). O mais importante, para o presente estudo, a esmectita sdica ou montmorilonita sdica, pois esta que

causa mais problemas durante a perfurao quando fluido usado de base gua.

A montmorilonita o principal argilomineral do grupo das esmectitas e formada por

camadas compostas de duas folhas de silicato tetradricas, com uma folha central octadrica de

alumina. No espao entre as camadas encontram-se molculas de gua adsorvidas e os ctions

que podem ser substitudos. As argilas que possuem o Na+

como ction predominante. A sua

principal caracterstica o inchamento na presena de gua, chegando a aumentar vrias vezes o

seu volume inicial devido ao fato do ction Na+

permitir que vrias molculas de gua sejam absorvidas, aumentando assim a distncia entre as camadas do mineral e, conseqentemente,

separando as partculas de argila umas das outras. As argilas esmectticas que no incham em

presena de gua so geralmente policatinicas ou preponderantemente clcicas (Bourgoyne et al, 1991).

As argilas apresentam, quando em contato com gua, um comportamento de elevado nvel

de inchamento (esmectitas). Por outro lado, encontram sua aplicabilidade na composio do fluido de perfurao, pois usado com aditivo aumentando a viscosidade e no controle do filtrado

(Bourgoyne et al, 1991).

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Para enfrentar este tipo de problemas Dwarkah et al (2005) propem que sejam tomadas a seguintes medidas:

O assentamento do revestimento deve ser feito o mais cedo possvel para isolar as

zonas susceptveis de desmoronar;

O perodo de circulao deve ser o mais longo possvel para facilitar a limpeza dos

trechos desmoronados;

Deve ser usado fluido sinttico;

Dever ser aplicada uma baixa taxa de penetrao.

2.7 Perfurao em formaes salinas

A perfurao em formaes salinas ao longo da histria da indstria de petrleo tem

representado grandes desafios devido s condies geomecnicas destas formaes.

As formaes salinas fazem parte das rochas sedimentares evaporticas constitudos por

carbonatos, cloretos e sulfatos. Estas podem ser encontradas em forma de almofadas, diapiros,

muralhas, corpos isolados formando ncleo de outras formaes, designadas por rafts ou jangadas. Ou ainda, em seqncias sedimentares mais recentes, podem aparecer em forma de lnguas alongadas (Mohriak, 2005).

Estas formaes, quando sujeita uma tenso constante, e com o decorrer do tempo, apresentam um comportamento designado por fluncia que se caracteriza na deslocamento da

massa salina para o interior do poo obstruindo-o parcial ou totalmente. Salienta-se que quanto

maior for a temperatura e a tenso diferencial aplicada ao sal maior ser a velocidade de

deformao por fluncia ao longo do tempo.

31

Quando se perfura numa formao salina o avano feito pela ao mecnica da broca bem como pelo fluido de perfurao base gua que contribui para o aumento da profundidade medida

dissolvendo a formao aumentando assim a taxa de penetrao (Sheffield et al., 1983).

Esta dissoluo, por vezes, tambm pode provocar alargamentos nas paredes de poos,

aumentando assim o seu dimetro interno, fato que indesejvel na perfurao. As caractersticas do fluido (salinidade ou teor em sais) tm que ser bem dimensionada para evitar dissoluo excessiva das formaes.

O maior problema da perfurao em formaes salinas a mobilidade desta. A fluncia, a

curto prazo, cria maior impacto nas paredes do poo (fechamento), ao passo que, a longo prazo, pode afetar grandemente os revestimentos chegando mesmo a provocar colapso por causa do

carregamento no uniforme.

Figura 2.9 Carregamento no uniforme da formao salina (Nascimento et al., 2009)

A Figura 2.9 ilustra as conseqncias do carregamento no uniforme nos tubos de

revestimentos ao longo do tempo.

As formaes salinas apresentam graus de mobilidade diferentes. As de baixa mobilidade

so ideais para perfurar pela sua homogeneidade, baixa porosidade, elevado gradiente de fratura e

apresentam geralmente boa taxa de penetrao (Falco et al., 2007). Por outro lado, as formaes

32

salinas de maior mobilidade como bischofita (MgCl2.6H20), a carnalita (MgCl3.6H20) e taquidrita (CaCl2.12H20) apresentam maior incidncia de problemas em comparao com os demais sais (Falco et al., 2007).

Os problemas encontrados na perfurao em formaes variam de poo para poo e

consoante as condies particulares de cada campo, esta especificidade exige um maior domnio

das principais tcnicas para que em tempo til se tomem medidas para resolver eventuais

problemas ou mant-los sob controle para que no se tornem cada vez mais severos.

Os problemas mais comuns neste cenrio so: fechamento do poo, alargamento de trechos,

batentes em trechos onde haja intercalaes, desprendimentos dos blocos para interior do poo, priso da coluna (por acunhamento nos blocos desprendidos), desvio e colapso de revestimento podendo causar a perda do poo. Estes problemas apresentam entre outros sintomas, torques

elevados na mesa rotativa, arraste elevados durante as manobras e conexes, reduo da

velocidade nos trechos alargados, trapeamento dos cascalhos nas cavernas ou trechos alargados e

topamentos da coluna. Dai ser recomendvel a adoo de procedimentos como: repasses

preventivos em intervalos de maior resistncia, perfurar com fluido sobressaturado de maneira

que mesmo com o incremento da temperatura (aumento da solubilidade) ainda o fluido tenha caractersticas reolgicas para desempenhar a sua funo.

Figura 2.10 Esquema de poo em formaes salinas (adaptao Falco et al. 2005)

33

Na Figura 2.10 pode-se ver que existem intercalaes de formaes salinas e os batentes se

encontram em formaes duras comparando com as demais perfuradas, nestes pontos, h uma

reduo do dimetro interno do poo. As reas mais alargadas correspondem s formaes mais

solveis.

O dimensionamento do fluido para este tipo de formaes uma questo de relevante

importncia, pois dela dependero as condies de estabilidade do poo. Assim um fluido

requerer uma srie de propriedades que podem ser resumidas no seguinte quadro elucidativo de

cada tipo e respectivas vantagens e desvantagens:

Tabela 2.6 Tipos de fluidos, respectivas vantagens e desvantagens.

Baixo custo Baixa lubricidadeComposio/produo relativamente fcil Aumento da solubilidade com a temperaturaBoa estabilidade reolgica Potencial elevado de corrosoElavada taxa de penetrao comprando c/no aquosos Alargamentos das paredes de poos (washouts)Amigo do ambiente Impedimento de dissoluo de outros sais

Descarte fluido pode ser leito marinho Limitaes logsticas - requer grandes quantidadesDescarte do cascalho pode ser leito marinho

Baixa lubricidadeMaior produtos de combate a perda de circulao

Maior estabilidade trmica Elevado custoElevada lubricidade Restries ambientaisInibio da reatividade das argilas Proibido descarte no marBoa estabilidade reolgica Requer secadores do cascalhosPermite peso especfico menor (reduo presso Maior dificuldade em combate de kick de gs

hidrosttica do poo)

(No aquosos)

Base gua

Sintticos

DesvantagensVantagens

(Saturada em NaCl)

Tipo de fluido

A perfurao em formao salina envolve o conhecimento do tipo de sal ou sais quer sero

atravessados para que se saiba quais as zonas tero que ser revestidas, em tempo til, uma ateno

tambm dada ao tipo de revestimento, pois ao longo do tempo sofrer carregamentos, o projeto do fluido deve ser adequado as condies especificas do campo. Entre todos os sais os cloretos

so os problemticos sendo que a bischofita apresenta elevados nveis de fluncia.

34

2.8 Perfurao em formaes abrasivas e duras

A abrasividade caracterizada por promover o desgaste a semelhana do efeito de uma

lixa - estas formaes compreendem essencialmente arenitos, calcarenitos e siltitos cujo tamanho e distribuio dos gros, geometria, condies deposicionais estabelecem os diferentes graus de

abrasividade (Mensa-Wilmot, 2001). Neste tipo de formaes os arrastes e os torques so geralmente elevados causando danos nos equipamentos.

Do ponto de vista mineralgico, a abrasividade depende do teor, geometria e granulometria

do quartzo. A presena de outros minerais abrasivos (Corindo e granada (almandina)), tendo dureza superior ao quartzo, 9 e 7,5 respectivamente, provocaro maiores taxas de desgastes nos

equipamentos do conjunto de fundo (BHA). As formaes abrasivas encurtam a vida til das brocas e provocam tambm danos nos equipamentos da BHA (estabilizadores, jar, aparelhos de MWD, etc.)

Segundo Santos et al. (2000) as formaes duras apresentam uma baixa taxa de penetrao e geralmente ocorrem vibraes ou choques devido a interao broca e rocha. Isto provoca danos

mecnicos severos nos equipamentos da BHA, problemas de estabilidade das paredes de poo e

demanda conseqentemente manobras excessivas. Esta sucesso de anormalidades aumenta os

Tempos No Produtivos, que por sua vez, oneram os custos do projeto. As formaes duras incluem carbonatos ultra-consolidado, quartzitos e chertes.

35

Captulo 3

Problemas de perfurao de poos

Os problemas de perfurao de poos tm sido alvo de vrios estudos. A seguir ser

apresentada uma breve reviso bibliogrfica de alguns deles que serviram de base para o

desenvolvimento deste trabalho de elaborao de procedimentos para identificao de causas de

problemas de perfurao.

3.1 Estudo de bibliografia

O diagnstico de problemas na perfurao de poos direcionais com base na avaliao de

esforos de torque e arraste registrados nas movimentaes da coluna de perfurao ou de

revestimento no interior do poo e apresentado por Idagawa (1990). Segundo o autor, estes parmetros so importantes, pois permitem o conhecimento das condies mecnicas das paredes

do poo, fazendo com que, seja possvel identificar, a tempo, problemas como, por exemplo, priso de coluna ou do cabo de perfilagem. O autor, no seu estudo, apresenta dois modelos, um

onde considerada a influncia da rigidez da coluna e dimetro do poo no estudo sobre de

torque e arraste em funo da profundidade e o outro onde considera o atrito hidrodinmico. Das

simulaes feitas em quatro poos de diferentes tipos de trajetria e composies de colunas chegou a concluso que a rigidez da coluna influencia muito pouco da determinao do fator de

atrito (na razo de 1% para revestimentos e 2% para colunas de perfurao em poos horizontal). Relativamente ao atrito hidrodinmico os resultados encontrados apontaram para uma maior

influncia de cerca de 8% para revestimentos e 2% para colunas de perfurao.

O efeito da rigidez da coluna tem pouca contribuio nos esforos de torque na superfcie,

inferior a 1% e no poo horizontal cerca de 2%. Por outro lado, o atrito hidrodinmico e rigidez

da coluna apresentaram maior influncia no peso sobre o gancho nas descidas da coluna

comparando com as retiradas da mesma. E no final sugere uma associao de dados para

diagnstico de problemas de poo baseado em trs parmetros como, peso no gancho, torque na

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superfcie e fator de atrito aparente do poo. Estes dados so analisados juntamente com informao da litologia, presses e vazes de circulao para detectar-se um problema. Na sua

explanao o autor no apresenta como este procedimento deve ser executado para que se consiga

apurar as causas e se determinar os problemas de perfurao.

Na mesma linha de pesquisa, de diagnstico de problemas em poos direcionais durante as

manobras, Cardoso Junior (1992) prope um sistema computacional de acompanhamento de manobras em poo aberto. Este sistema dividiu-o em trs fases: a primeira faz automaticamente

um pr-diagnstico de possveis problemas operacionais ou de poo, em tempo real, e armazena

dados coerentes para posterior determinao do fator de atrito aparente entre a coluna e as paredes

do poo, e caso detectada uma anormalidade, o programa permite uma investigao das sees

anteriores para avaliao do tipo de problema. A segunda executa uma avaliao do

comportamento do fator de atrito aparente com a profundidade usando trabalho do seu antecessor

Idagawa (1990). E por fim, na terceira fase feito um estudo comparativo entre padres obtidos na fase anterior com os dos problemas conhecidos. E tambm elaborada uma programao de

descida da coluna contendo esquema grfico da geometria do poo, possveis anormalidades

(operacionais ou de poo) identificadas durante a retirada da coluna, anlise de problemas de poo, e por ltimo, apresenta sugestes de procedimento de descida de coluna. Identifica-se

ainda, as causas dos problemas de perfurao como: o desmoronamento, o fechamento, a m

limpeza de poo, a chaveta, a diferencial presso, os batentes, as pontes e os alargamentos. Pode-

se dizer que a anlise efetuada poderia ser mais abrangente, visto que, para anormalidade

fechamento do poo, apenas considera o caso de fechamento por inchamento de argilas, sendo

que existem vrias causas que podem provocar fechamento, como fluncia de sal, abrasividade da

formao, espessamento de reboco em formaes permeveis.

Tavares (2006) em seu trabalho sobre interpretao e anlise de dados de perfurao em poos de petrleo, apresenta trs procedimentos independentes para melhorar o processo de

construo de poos. O primeiro um sistema para visualizao para o acompanhamento

direcional cujo objetivo auxiliar o controle da trajetria do poo. O segundo um sistema automtico para classificar as operaes realizadas durante a perfurao de um poo de petrleo,

este sistema visa produzir relatrios precisos e mais detalhados sobre as operaes realizadas

37

durante a perfurao, por exemplo, quantifica-se o nmero de horas passadas a perfurar orientado

e perfurar rotativo, com esta informao se pode aferir os custos de cada trecho. O terceiro

procedimento o que apresenta maior relevncia para o presente trabalho, pois trata da deteco

precoce de problemas de perfurao por via de sintomas ou indcios observveis, superfcies,

nos dados coletados durante as operaes de perfurao. O peso excessivo do fluido de

perfurao apontado como causa de perda de circulao tendo como sintomas a reduo na

vazo de retorno e perda de volume nos tanques. A mesma causa apontada igualmente para

priso por diferencial de presso, em que os sintomas so aumento do torque e aumento do

arraste. Seguindo o mesmo raciocnio, o desmoronamento e/ou alargamento paredes de poo so

causados por peso insuficiente do fluido detectveis por aumento cascalho (geometria diferenciada), aumento de arraste e torque. Para problemas de limpeza do poo (packoff ou packer hidrulico), as propriedades inadequadas do fluido so apresentadas como as causas cujos sintomas so aumento da presso de bombeio, aumento do arraste e aumento torque. Por ltimo,

para problemas como influxo de fluidos da formao, a causa o peso insuficiente de fluido, e os

sintomas so o aumento da vazo de retorno e ganho de volume nos tanques. Tavares (2006) prope, para alm da vazo e presso, o uso de mais parmetros para caracterizao dos

problemas de perfurao bem como um maior e melhor aproveitamento do conhecimento contido

nos dados de perfurao, e este pode ser utilizado para aprimorar o processo de construo de

poos de petrleo.

Falco et al. (2007) fazem uma abordagem da perfurao em formaes salinas apresentando os conjuntos de sais como halita, taquidrita, carnalita e bischofita, esta ltima apresentando maiores valores de fluncia. O trabalho aborda que o sal pode apresentar problemas

durante a perfurao (fechamento por fluncia) e ao longo da vida til do poo (exercendo presso no uniforme sobre revestimento). A presso como causadora da deformao foi estudada por Sunal et al. (2008). Mais abordagens sobre a mesma matria podem ser encontradas em Meize et al. (2000) e Wilson et al. (2004).

Mensa-Wilmot et al. (2001) estudaram o efeito da dureza, abrasividade, heterogeneidade e dimetro do poo no desempenho das brocas PDC, tendo concludo que os parmetros mecnicos

e hidrulicos influenciam na perfurabilidade das formaes rochosas, e em especial nas abrasivas

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e nas heterogneas. Os mesmos autores acrescentam que estes parmetros precisam estar

otimizados para garantir uma boa taxa de perfurao. Hamer et al. (2005) apresentaram um estudo laboratorial onde concluem que com as brocas PDC obtm-se valores elevados de taxa de

penetrao comparando-se com as tri-cnicas. Mason et al. (1998), Abbassian et al. (1998), Leine et al. (2001), Niznik et al. (2006) e Chen et al. (2006) apresentam um estudo caracterizando os diversos tipos de vibraes como sendo laterais, torcionais e axiais.

O estudo dos problemas que ocorrem durante a perfurao, tem sido objeto de vrios trabalhos na literatura, cada um abordando especificamente uma temtica. Os mais estudados so

aqueles relacionados kicks e blowouts e prises de coluna. No h uma caracterizao

abrangente e minuciosa relacionando um determinado domnio, no qual podem ocorrer

anormalidades especficas, cujos indicadores ou sintomas, associados aos outros dados, podem estabelecer hipteses provveis sobre a causa do problema.

Miura (1991) prope um mtodo de aquisio de conhecimento a partir de textos em linguagem natural. Neste, com base em estudos de Boletins Dirios, elaboram-se procedimentos

cuja finalidade a explorao do grande potencial da informao contida nestes. Destaca-se a grande vantagem dos relatrios serem elaborados por diversos tcnicos, fazendo com que seja uma viso mais abrangente, devido ao fato de refletir o ponto de vista de cada profissional em

relao s operaes e as eventuais anormalidades que tenham ocorrido. O referido mtodo foi

aplicado um banco de dados de Boletins Dirios de Completao e Avaliao. A maior parte

deste trabalho tem como base a anlise de Boletins Dirios de Perfurao. Assim, de forma

anloga ao mtodo proposto por Miura (1991) foi feito estudo de boletins dirios de perfurao para gerar conhecimento sobre questes relativas aos problemas que ocorreram durante

perfurao de poos martimos de desenvolvimento. O objetivo fazer uma caracterizao contextualizada, com as associaes de informaes, estabelecendo procedimentos diagnsticos

para a identificao das causas dos problemas.

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Conforme citado em Cerqueira (1997) problema qualquer resultado indesejvel de uma atividade ou processo. Para qualquer estudo de problemas o mais importante saber identificar a

sua natureza (tipo) e como se manifesta (sintomas).

A seguir sero listados os principais problemas que podem ocorrer durante as operaes de

perfurao de poos de petrleo:

Dificuldade de manobra;

Dificuldade de avano;

Priso (de coluna e equipamento de perfilagem);

Perda de circulao;

Kicks e blowouts;

Poo inadequado para perfilagem;

Cimentao deficiente;

Falha de revestimento do poo;

Falha de equipamentos na BHA;

Falha da trajetria do poo;

Instabilidade da cabea do poo.

Segundo Miura et al. (2009) a maior parte dos Tempos No Produtivos nas operaes de perfurao devem-se aos problemas classificados por ocorrncia como dificuldade de manobra,

dificuldade de avano e priso. Assim, este estudo se restringir a estes trs problemas

referenciados, por serem os mais representativos.

Para estes trs problemas (dificuldade de manobra, dificuldade de avano e priso) apresentam-se diagramas causa-efeito que sintetizam a consolidao e sistematizao da

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caracterizao dos mesmos. Nestes diagramas, na primeira coluna constam os parmetros

hidrulicos, mecnicos e outras informaes importantes, que associadas, as primeiras levam a

identificao das causas de problemas de perfurao de poos. Na mesma seqncia, se

apresentam o comportamento dos parmetros as causas relacionadas litologia, ao tecnonismo e

outras falhas operacionais.

Os diagramas causa-efeito foram construdos com base nos conhecimentos adquiridos na

consolidao e sistematizao dos problemas de perfurao, bem como das reunies tidas com

especialistas no ramo da engenharia de poo. Deve-se salientar que esta aplicao uma extenso

do modelo apresentado por Tavares (2006) em que no procedimento de identificao de problemas, descreve como indcios da ocorrncia destes, o comportamento de alguns parmetros

(torque, arraste, vazo de retorno e presso de bombeio do fluido).

Com exceo aos problemas listados acima, os demais sero apenas descritos, pois no

constituem o principal objeto deste trabalho.

3.2 Dificuldade de manobra

A dificuldade de manobra (DM) compreende todas as anormalidades que ocorrem durante as operaes de descida e retirada da coluna para efetuar conexes e/ou troca de equipamento. A

anormalidade so restries na descida e retirada da coluna. As principais causas da DM esto

relacionadas s anormalidades que envolvem a litologia (batente, priso por diferencial de presso e fechamento do poo por inchamento de argilas, fechamento do poo por fluncia de sal

e fechamento do poo por desgaste da broca em formaes abrasivas, fechamento do poo por

espessamento do reboco), o tectonismo (desmoronamentos) e outras causas operacionais (m limpeza, dogleg severo, rat hole e chavetas).

A Tabela 3.1, apresenta o comportamento dos parmetros mecnicos e hidrulicos

(aumento, reduo e constante) em associao com as demais informaes que auxiliam na determinao das causas da ocorrncia do problema de dificuldade de manobra. Esta informao

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adicional consiste num conjunto de dados ou eventos que sucedem durante uma operao de perfurao. Por exemplo, o uso do fluido de perfurao base gua (WBM Water Base Mud) uma informao importante no estudo do fechamento do poo por inchamento de argilas. As

causas de dificuldade de manobra (fechamento de poo por inchamento de argilas e fechamento de poo por fluncia de sal) apresentam o mesmo comportamento dos parmetros mecnicos e hidrulicos (como se pode verificar na 4 e 5 colunas do diagrama causa-efeito DM da tabela), em que a diferena reside na informao adicional. Para o fechamento de poo por inchamento de

argilas, como o prprio o nome indica, h reatividade das argilas em presena de fluido base gua

caracterizado pelo inchamento da formao (reduo do dimetro interno do poo). Para o caso do fechamento de poo por fluncia de sal, os sais perfurados se movimentam reduzindo assim o

dimetro interno do poo.

A coluna de perfurao, durante a descida, em trechos em que ocorrem batentes ou

restries, encontrar dificuldade em passar por estes pontos, no BDP relatado como topamento

(simbolizado pelo dgito 1 na Tabela 3.1, na coluna 2). Por outro lado, durante a retirada da coluna de perfurao nos trechos em ocorram chavetas pode se dar o acunhamento da mesma

(simbolizado pelo dgito 2 na Tabela 3.1, na coluna 11), uma dos sintomas a existncia de drag elevado ou excessivo.

A trajetria, mais precisamente a inclinao do poo, tem uma relevante influncia na limpeza do mesmo, sendo que para ngulos de 45 15 os cascalhos durante o carreamento

tendem a escorregar formando leito que obstrui o anular (simbolizado pelo dgito 3, Tabela 3.1, na coluna 9).

A existncia de trs pontos consecutivos com inclinao maior que 5 para cada 100 ps

perfurados pode causar chavetas, e estas por sua vez, causarem dificuldades (acunhamento) na retirada da coluna de perfurao (simbolizado pelo dgito 4, na Tabela 3.1, na coluna 10). A existncia de intercalaes de formaes duras e moles faz com que o poo apresente, em perfil

transversal e no caliper, pontos em que se verifica uma seqncia de reduo e aumento do

dimetro interno.

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Tabela 3.1 Diagrama da Classificao Causa-efeito de Dificuldade de Manobra

Litologia Tectonismo Outras Falhas Fechamento do Poo Parmetros Batente P. Dife-

rencial argilas sal fm.a. e.r. Demoro-namento

M limpeza

Dog leg severo

Chavetas

Vazo (V) Cte Cte Cte Cte Presso (P) Cte Cte Cte Cte Torque (T)

Cte Drag (Drag)

Rotao da coluna (RPM)

Cte Posio da Catarina (Pc) 1

2 Taxa de penetrao (ROP)

Informao Adicional Caliper

Sim Sim Sim Reatividade das Argilas Sim Fluncia da formao (sal) Sim Volume de Cascalhos Formato de Cascalhos Lascado Permeabilidade da formao Sim Sim Tipo de fluido WBM Intercalaes de rochas duras/moles Sim Desgaste da broca (cod. IADC) Sim No Trajetria 3 4

LEGENDA Cte - Constante 1 - Topamento da coluna de perfurao argilas - por inchamento de argilas

- Reduo 2 - Acunhamento da coluna de perfurao sal - por fluncia de sal

- Aumento; - Aumento excessivo fm.a - devido a formao abrasiva

- Posio da catarina travada 3 - Inclinao de 45 +/- 15 crtica para

limpeza do poo e.r. - por espessamento do reboco

- Aumento do dimetro interno do poo Sobe e atinge patamar

- Reduo do dimetro interno do poo WBM - Fluido de perfurao base gua

- Formato das paredes do poo

4 - Mais de 3 pontos consecutivos com inclinao superior a 5 por cada 100 ps perfurado pode causar acunhamento Sim Inform. relevante para causa em anlise

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3.3 Dificuldade de avano

Dificuldades de Avano (DA) compreendem todas as anormalidades que ocorrem durante o aumento da profundidade medida no poo e outras a ela associadas. As causas dos problemas que

dificultam o avano esto relacionadas litologia (enceramento da broca, fechamento do poo, formaes abrasivas (desgaste dos equipamentos) e formaes duras (caracterizadas por uma taxa