Parte 3 - Equipamentos de Perfuração

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PÓS GRADUAÇÃO EM PETRÓLEO E GÁS
PARTE III – EQUIPAMENTOS DE PERFURAÇÃO
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EQUIPAMENTOS DA SONDA DE 
PERFURAÇÃO
Podemos dividir os equipamentos de uma 
sonda de perfuração em sistemas:
Sustentação e movimentação de cargas;
Geração e transmissão de energia;
Rotação;
Sub-superfície;
Circulação;
Segurança de Poço.
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SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE 
CARGA – TORRE DE PERFURAÇÃO
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SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE 
CARGA – TORRE DE PERFURAÇÃO
Espaço para o estaleiro das seções.
Espaço para entrada de equipamentos que 
serão descidos no poço.
Proporciona a altura para movimentar a 
coluna para dentro e para fora do poço.
Comprimento usual de um tubo de 
perfuração = 9,3 mts.
Seção de 2 tubos ou 3 tubos.
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BLOCO DE COROAMENTO
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CATARINA
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BRAÇO DE ELEVAÇÃO
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GUINCHO DE PERFURAÇÃO
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GUINCHO DE PERFURAÇÃO
TAMBOR – Armazena o comprimento de 
cabo necessário para as manobras. 
Transmite o torque requerido para içar e 
frear a coluna.
FREIO – Principal (cinta) e auxiliar 
(hidrodinâmico ou eletromagnético).
TRANSMISSÃO – Depende da carga 
sofrida.
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KELLY
O Kelly é o elemento que transmite a 
rotação proveniente da mesa rotativa à 
coluna de perfuração.
O Kelly pode ter dois tipos de seção. Em 
sondas de terra a mais comum é a 
quadrada e em sondas marítimas a seção 
hexagonal, pela sua maior resistência à 
tração, torção e flexão.
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KELLY
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SWIVEL
É o equipamento que separa os elementos 
rotativos daqueles estacionários na sonda 
de perfuração. Sendo assim, a parte 
superior não gira e sua parte inferior deve 
permitir rotação.
Suporta o peso da coluna de perfuração 
sob efeito da rotação.
Suporta a pressão de bombeio.
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SWIVEL
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TOP DRIVE
A perfuração com um motor conectado no 
topo da coluna (top drive) elimina o uso da 
mesa rotativa e do Kelly.
O sistema top drive permite perfurar o 
poço de três em três tubos, ao invés de um 
a um, quando a mesa rotativa é utilizada.
Este sistema permite também que a 
retirada ou descida da coluna seja feita 
tanto com rotação como com circulação de 
fluido de perfuração pelo seu interior.
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TOP DRIVE
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MESA ROTATIVA
É o equipamento que transmite rotação à 
coluna de perfuração e permite o livre 
deslizamento do kelly no seu interior. Em 
certas operações, a mesa rotativa deve 
suportar o peso da coluna de perfuração.
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COLUNAS DE PERFURAÇÃO
Na perfuração temos uma grande quantidade 
de energia na broca para cortar as diversas 
formações rochosas.
Esta energia, em forma de rotação e peso 
aplicados sobre a broca, é transferida às 
rochas para promover sua ruptura e 
desagregação em forma de pequenas lascas 
ou cascalhos, que são carreados até a 
superfície pelo fluido de perfuração.
A coluna de perfuração é a responsável direta 
por todo este processo e consta dos seguintes 
componentes principais: Comandos, Tubos 
Pesados e Tubos de Perfuração.
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COMANDOS
São elementos tubulares fabricados em 
aço forjado, usinado e que possuem alto 
peso linear devido à grande espessura de 
parede.
Suas principais funções são fornecer peso 
sobre a broca e prover rigidez à coluna, 
permitindo melhor controle da trajetória do 
poço.
Externamente os comandos podem ser 
lisos ou espiralados, sendo normalizados 
pelo API.
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COMANDOS
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TUBOS PESADOS
Os tubos pesados são elementos tubulares 
de aço forjado e usinados que têm como 
função principal promover uma transição 
de rigidez entre os comandos e os tubos 
de perfuração, diminuindo a possibilidade 
de falha por fadiga.
As características principais são: maior 
espessura das paredes, uniões mais 
resistentes e revestidas de metal duro e 
reforço central no corpo do tubo revestido 
de metal duro.
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TUBOS PESADOS
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TUBOS DE PERFURAÇÃO
São tubos de aço sem costura, tratados 
internamente com aplicação de resinas 
para diminuição do desgaste interno e 
corrosão.
Tamanho comum = 9,3 mts
Diâmetro (2 3/8 a 6 5/8”).
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ACESSÓRIOS DA COLUNA DE 
PERFURAÇÃO
Substitutos (Subs) – Pequenos tubos que 
desempenham funções como movimentação de 
comando, conectar a broca junto ao elemento de união 
e conexão de tubos com tipos diferentes de roscas e 
diâmetros.
Estabilizadores – Dão maior rigidez à coluna e ajudam 
a manter o diâmetro do poço.
Escareadores – Mesmas funções que o estabilizador, 
porém utilizados em rochas duras e abrasivas (roletes 
nas lâminas).
Alargadores – Permitem o aumento do diâmetro de 
um trecho de poço já perfurado desde a superfície ou a 
partir de uma certa profundidade de subsuperfície.
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ACESSÓRIOS DA COLUNA DE 
PERFURAÇÃO
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FERRAMENTAS DE MANUSEIO DA 
COLUNA DE PERFURAÇÃO
Chaves Flutuantes – Torque necessário 
ao aperto e desaperto das uniões cônicas.
Cunhas – Ancorar a coluna na mesa 
rotativa, permitindo enroscar/desenroscar.
Colar de Segurança – Evita a queda da 
coluna no poço em caso de deslizamento 
pelas cunhas.
Chaves Hidráulicas – Enroscamento 
rápido de tubos.
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FERRAMENTAS DE MANUSEIO DA 
COLUNA DE PERFURAÇÃO
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DIMENSIONAMENTO DA COLUNA DE 
PERFURAÇÃO
Para dimensionar uma coluna de perfuração, 
devem ser conhecidos:
O peso da lama;
A profundidade total prevista para a coluna;
Fatores de segurança à tração, colapso e pressão 
interna;
Peso máximo previsto sobre a broca.
Com estas informações podemos especificar os 
tipos de tubos de perfuração, assim como o tipo e 
quantidade de comandos.
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DIMENSIONAMENTO DA COLUNA DE 
PERFURAÇÃO – SELEÇÃO DOS COMANDOS
Os comandos são os primeiros elementos 
da coluna a serem dimensionados. O tipo 
e comprimento da seção de comandos vai 
afetar a seleção do tipo de tubos de 
perfuração a serem usados na coluna.
Pelo critério mais utilizado (linha neutra de 
flambagem):
( ) lwFS
PSBn máx
...α
=
FS = fator de segurança (varia de 0,80 a 0,90)
W = peso por pé (no ar) do comando
L = comprimento médio de cada comando
α = fator de flutuação = {1 – (ρlama ρaço)}
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DIMENSIONAMENTO DA COLUNA DE 
PERFURAÇÃO – SELEÇÃO DOS TUBOS DE PERFURAÇÃO
A coluna de tubos está sujeita a esforços de 
tração, compressão e torção durante as operações 
de perfuração.
Em geral, a resistência ao colapso define os tubos 
requeridos na porção inferior da coluna.
Por outro lado, a tração define a resistência dos 
tubos na extremidade superior da coluna.
Os valores das resistências ao colapso, tração e 
pressão interna estão estabelecidos no API RP7G
para cada tipo de tubo de perfuração.
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BROCAS
As brocas são equipamentos que têm a 
função de promover a ruptura e 
desegregação das rochas ou formações. 
O estudo das brocas, considerando seu 
desempenho e economicidade, é um dos 
fatores importantes na perfuração de 
poços de petróleo.
As brocas podem ser classificadas de duas 
maneiras: brocas sem partes móveis e 
brocas com partes móveis.
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BROCAS
SEM PARTES MÓVEIS
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BROCAS
SEM PARTES MÓVEIS
Ausência de partes móveis e rolamentos 
diminui a possibilidade de falhas destas 
brocas.
Os principais tipos são: integral de lâminas 
de aço, diamantes naturais e diamantes 
artificiais (PDC/TSP).
As brocas de lâminas de aço foram as 
primeiras a serem usadas, perfura por 
cizalhamento.
A vida útil de sua estrutura cortante é muito 
curta, mesmo aplicando material mais duronas lâminas. Praticamente não são mais 
usadas na indústria do petróleo.
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BROCAS
SEM PARTES MÓVEIS
As brocas de diamantes naturais perfuram 
pelo efeito de esmerilhamento. Atualmente 
são usadas principalmente em 
testemunhagem, ou em formações 
extremamente duras e abrasivas.
São constituídas de um grande número de 
diamantes industrializados fixados numa 
matriz metálica especial.
O tamanho e a quantidade dos diamantes 
na broca determinam a sua aplicabilidade.
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BROCAS
SEM PARTES MÓVEIS
No final da década de 70 foram lançadas as 
brocas utilizando diamantes sintéticos (PDC –
Polycrystalline Diamond Compact).
A estrutura de corte destas brocas é formada 
por pastilhas ou compactos, montadas sobre 
bases cilíndricas, instalada no corpo da broca.
O mecanismo de perfuração é pelo 
cizalhamento, por promover um efeito de cunha.
As brocas para rochas mais moles possuem 
poucos cortadores de maior tamanho, enquanto 
que para as rochas mais duras possuem 
cortadores menores e em maior quantidade.
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BROCAS DE DIAMANTE NATURAL
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BROCAS PDC
(DIAMANTE SINTÉTICO)
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BROCA DIAMANTE SINTÉTICO –
DESGASTE
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BROCAS SEM PARTES MÓVEIS-
DESGASTES E FRATURAS
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BROCAS 
COM PARTES MÓVEIS
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BROCAS 
COM PARTES MÓVEIS
As brocas com partes móveis podem ter de 
um a quatro cones, sendo as mais utilizadas 
as brocas tricônicas pela sua eficiência e 
menor custo inicial em relação às demais. 
Elas possuem dois elementos principais: 
estrutura cortante e rolamentos.
A ação da estrutura cortante das brocas 
tricônicas envolve a combinação de ações de 
raspagem, lascamento, esmagamento e 
erosão por impacto de jatos de lama.
Dependendo das características da broca, um 
ou outro mecanismo se sobrepõe aos demais.
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BROCAS 
COM PARTES MÓVEIS
A raspagem é conseguida de duas maneiras: 
a primeira, devido à excentricidade dos eixos 
dos cones em relação ao eixo da broca, 
chamada offset do cone, e a segunda, devida 
aos cones serem, na realidade, junções de 
troncos de cones com ângulos diferentes.
Nas rochas projetadas para rochas moles o 
efeito de raspagem é predominante. Em 
rochas duras, onde a taxa de penetração é 
baixa e os custos de perfuração tendem a ser 
altos, o mecanismo de esmagamento provou 
ser o mais adequado.
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BROCA TRICÔNICA DE DENTES DE 
AÇO
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BROCAS COM PARTES MÓVEIS –
DESGASTES E FRATURAS
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BROCAS DE PERFURAÇÃO
QUADRO COMPARATIVO
D R A G A D IA M A N T E P D C
T R IC O N E 
D E N T E S 
D E A Ç O
T R IC O N E 
IN S E R T O S
P A R T E S 
M Ó V E IS N Ã O N Ã O N Ã O S IM S IM
T IP O D E 
C O R T E R A S P A E S M E R IL H A R A S P A A R R A N C A E S M A G A
F O R M A Ç Ã O M O L E M É D IA A D U R A
M O L E A 
D U R A
M O L E A 
M É D IA
M É D IA A 
D U R A
DRAGA
DIAMANTE TRICONE
INSERTO PDC
TRICONE
DENTE 
DE AÇO
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HORA CORRETA PARA SE RETIRAR 
A BROCA DO POÇO
INDICAÇÕES
Baixa taxa de penetração;
Aumento do torque;
Coluna travando;
Perda de pressão na coluna;
Excesso de vibração;
Tempo da broca no fundo;
Término da fase.
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HORA CORRETA PARA SE RETIRAR 
A BROCA DO POÇO - CUSTOS
ONDE:
CMP = Custo por Metro Perfurado (U$/m)
CB = Custo da Broca (U$)
CS = Custo da Sonda (U$/Hr)
TP = Tempo Perfurando (Hr)
TM = Tempo Manobrando (Hr)
CP = Comprimento Perfurado (m)
( )( )
CP
TMTPCSCBCMP ++= .
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DESEMPENHO DA BROCA (U$/HR)
	PÓS GRADUAÇÃO EM PETRÓLEO E GÁS��PARTE III – EQUIPAMENTOS DE PERFURAÇÃO
	EQUIPAMENTOS DA SONDA DE PERFURAÇÃO
	SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE CARGA – TORRE DE PERFURAÇÃO
	SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE CARGA – TORRE DE PERFURAÇÃO
	BLOCO DE COROAMENTO
	CATARINA
	BRAÇO DE ELEVAÇÃO
	GUINCHO DE PERFURAÇÃO
	GUINCHO DE PERFURAÇÃO
	KELLY
	KELLY
	SWIVEL
	SWIVEL
	TOP DRIVE
	TOP DRIVE
	MESA ROTATIVA
	COLUNAS DE PERFURAÇÃO
	COMANDOS
	COMANDOS
	TUBOS PESADOS
	TUBOS PESADOS
	TUBOS DE PERFURAÇÃO
	ACESSÓRIOS DA COLUNA DE PERFURAÇÃO
	ACESSÓRIOS DA COLUNA DE PERFURAÇÃO
	FERRAMENTAS DE MANUSEIO DA COLUNA DE PERFURAÇÃO
	FERRAMENTAS DE MANUSEIO DA COLUNA DE PERFURAÇÃO
	DIMENSIONAMENTO DA COLUNA DE PERFURAÇÃO
	DIMENSIONAMENTO DA COLUNA DE PERFURAÇÃO – SELEÇÃO DOS COMANDOS
	DIMENSIONAMENTO DA COLUNA DE PERFURAÇÃO – SELEÇÃO DOS TUBOS DE PERFURAÇÃO
	BROCAS�
	BROCAS�SEM PARTES MÓVEIS
	BROCAS�SEM PARTES MÓVEIS
	BROCAS�SEM PARTES MÓVEIS
	BROCAS�SEM PARTES MÓVEIS
	BROCAS DE DIAMANTE NATURAL
	BROCAS PDC�(DIAMANTE SINTÉTICO)
	BROCA DIAMANTE SINTÉTICO –�DESGASTE
	BROCAS SEM PARTES MÓVEIS- DESGASTES E FRATURAS
	BROCAS �COM PARTES MÓVEIS
	BROCAS �COM PARTES MÓVEIS
	BROCAS �COM PARTES MÓVEIS
	BROCA TRICÔNICA DE DENTES DE AÇO
	BROCAS COM PARTES MÓVEIS – DESGASTES E FRATURAS
	BROCAS DE PERFURAÇÃO�QUADRO COMPARATIVO
	HORA CORRETA PARA SE RETIRAR A BROCA DO POÇO
	HORA CORRETA PARA SE RETIRAR A BROCA DO POÇO - CUSTOS
	DESEMPENHO DA BROCA (U$/HR)