CONTROLE_DE_AREIAII

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CONTROLE DE AREIA 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
NÚCLEO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PETRÓLEO 
NUPETRO 
Profo MSc. José Bezerra de Almeida Neto 
São Cristóvão – SE 
Agosto - 2014 
Jose Bezerra
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A condição primordial para identificação de formações friáveis é a definição de seu 
modelo de deposição geológico. Este conhecimento auxiliará posteriormente na 
escolha da melhor técnica de contenção de areia a ser adotada para o reservatório 
em análise. 
 
Geologicamente, areia pode ser definida como sendo um material granular com 
diâmetro variando de 2 a 0,0625 mm, composto basicamente de quartzo (SiO2). 
 
A "friabilidade" de um arenito está diretamente relacionada às forças de 
compactação, ao tipo de cimentação e à dissolução dos grãos nos pontos de 
contato. 
CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE ARENITOS 
FRIÁVEIS 
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A cimentação é o fator preponderante na determinação da consolidação de 
um arenito. Os agentes cimentantes mais comuns são o quartzo, a calcita 
(CaCO3) e a dolomita (MgCO3). 
 
Se considerarmos que o agente cimentante reduz a porosidade e a 
permeabilidade pelo preenchimento dos poros da rocha, podemos deduzir 
que formações confinadas em ambientes com baixa geração de minerais 
cimentantes, comumente resultarão em reservatórios de alta 
permeabilidade, que se por um lado possuem grande potencial para 
produção de óleo, também o têm para a produção de areia. 
CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE ARENITOS 
FRIÁVEIS 
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Sparlin et ali agrupam os arenitos friáveis em três classes distintas: 
 
a) Quicksand - formação extremamente inconsolidada. Não possui 
qualquer tipo de agente cimentante. Fluidos produzidos de tais arenitos 
são caracterizados por apresentarem uma concentração alta e 
constante de areia; 
 
b) Parcialmente consolidado - caracterizado pela presença de algum 
agente cimentante, entretanto de fraca atuação. Os testemunhos deste 
tipo de formação se desagregam com grande facilidade. A presença de 
areia nos fluidos se dá de forma intensa e intermitente; 
 
c) Friável - apresenta testemunho aparentemente consolidado, no entanto 
areia é prontamente produzida quando ocorre fluxo para o poço. 
CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE ARENITOS 
FRIÁVEIS 
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Este tipo de formação suporta completação a poço aberto, na medida em 
que a área aberta ao fluxo é consideravelmente maior, reduzindo as forças 
de arraste geradas pelo deslocamento do fluido. 
 
É comum, em completações a poço revestido, o teor de areia se reduzir a 
traços após horas ou dias de produção. 
 
Isto ocorre devido à formação de cavernas atrás do revestimento, 
aumentado a área aberta ao fluxo, reduzindo assim a ocorrência de 
erosão; entretanto, alterações como a redução da pressão de poro, 
incremento de vazão, produção de água etc., poderão fazer com que a 
produção de areia atinja níveis intoleráveis. 
CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE ARENITOS 
FRIÁVEIS 
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Em áreas desconhecidas, com as técnicas hoje disponíveis, é 
extremamente difícil avaliar com precisão o potencial de produção de areia 
de um campo. Existem quatro fontes principais de informação com as 
quais trabalhamos para estreitar a margem de erro de uma previsão de 
produção de areia: 
 
1) Testes de formação; 
 
2) Análise de testemunho; 
 
3) Perfilagem; 
 
4) Dados de produção. 
TÉCNICAS DE PREDIÇÃO DE PRODUÇÃO DE AREIA 
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Os testes de formação em arenitos potencialmente produtores de areia 
devem ser cuidadosamente planejados, tendo-se a preocupação de 
simular tão próximo quanto possível das situações que serão encontradas 
durante a vida produtiva do intervalo. 
 
Normalmente, em poços exploratórios, as vazões são limitadas pela 
própria produção de areia. 
 
Existem situações extremas, onde as formações são muitos 
inconsolidadas, associadas a produção de óleo viscoso, onde o teste de 
formação somente pode ser realizado com dispositivo de controle de areia 
instalado. 
TÉCNICAS DE PREDIÇÃO DE PRODUÇÃO DE AREIA 
A predição de produção de areia pela análise de testemunhos é um 
trabalho muito subjetivo, onde "experiência" é um fator primordial. 
 
Se por um lado um testemunho de uma formação Quicksand é facilmente 
identificado, os arenitos Parcialmente Consolidados e os Friáveis 
necessitam de uma análise mais cuidadosa. 
 
Além da identificação do agente cimentante, a simulação do fluxo de 
fluidos através destes testemunhos poderá dar uma resposta definitiva a 
respeito do comportamento da formação durante a produção. 
 
A corrida de perfis gera dados importantes que auxiliam na determinação 
do intervalo a ser canhoneado e do drawdown máximo a que determinada 
formação pode ser submetida. 
TÉCNICAS DE PREDIÇÃO DE PRODUÇÃO DE AREIA 
Embora a maioria dos dados sobre a produção de areia possam ser 
extraídos do teste de formação, é fundamental que haja um 
acompanhamento da vida produtiva do intervalo, complementando o banco 
de dados com os tipos e quantidades de fluidos e sólidos produzidos. 
 
No caso de completação de poços de desenvolvimento em condições 
offshore, principalmente nos casos de poços isolados com ANM onde os 
custos de intervenção são elevados, as companhias operadoras adotam 
critérios bem conservadores, instalando sistemas de contenção de areia, 
mesmo nos casos onde o risco de produção de areia é baixo. 
 
TÉCNICAS DE PREDIÇÃO DE PRODUÇÃO DE AREIA 
De qualquer forma deve-se levar em conta que ao longo da vida produtiva 
do poço, outros fatores também aumentam o risco de produção de areia, 
como: 
 
Redução da pressão estática da formação, que aumenta a tensão 
efetiva sobre os grãos da rocha; 
 
Aumento do BSW, que além de favorecer a dissolução da 
cimentação entre os grãos, pode mobilizar a porção mais fina dos 
grãos do arenito. 
TÉCNICAS DE PREDIÇÃO DE PRODUÇÃO DE AREIA 
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Quanto maior a antecipação da ação para a contenção de produção de 
areia em um poço, maior é a chance de sucesso do método. O 
monitoramento da produção de areia neste caso é vital. 
 
Amostragem de Superfície - é a maneira mais simples e econômica de 
detecção de produção de areia. Consiste na coleta de amostra dos fluidos 
produzidos e análise do resíduo, após centrifugação ou peneiramento. 
 
Sand Trap - de maior eficiência em poços de gás. Permite a deposição da 
areia em um recipiente (por diferença da velocidade de fluxo), que é 
periodicamente recolhido para medição. 
TÉCNICAS PARA MONITORAMENTO E DETECÇÃO DE 
PRODUÇÃO DE AREIA 
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Corpos de Prova - colocados em contato direto com o fluxo, possuem 
sensores que indicam o momento de seu rompimento, causado pela 
erosão. Permitem avaliar simplesmente os efeitos da produção de areia, 
não quantificando o volume produzido. 
 
Detectores Sônicos - captam o som gerado pelas partículas de areia que 
se chocam contra um sensor, instalado na linha de produção. 
Diferentemente da amostragem de superfície, possibilita uma avaliação 
contínua da quantidade de areia produzida. Tem como desvantagem a 
necessidade de calibração com areia semelhante a produzida. A análise é 
realizada de forma qualitativa. 
 
Monitoração no Poço - desenvolvido pela Shell, permite monitorar qual 
ponto do intervalo canhoneado é o responsável pela produção de areia, 
auxiliando na determinação do método de contenção a ser adotado. 
TÉCNICAS PARA MONITORAMENTO E DETECÇÃO DE 
PRODUÇÃO DE AREIA 
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A necessidade de contenção de areia surgiu com os primeiros poços para 
a captação de água. A evolução destas técnicas culminou com a utilizaçãodos “slotted liners” (Figura 1). Estes tubos foram adaptados para a 
indústria do petróleo e ainda hoje são usados em poços com baixa 
produtividade ou em longos intervalos produtores, incluindo-se aí os poços 
horizontais. 
TUBOS RASGADOS (SLOTTED LINER) 
Figura 1– Slotted Liners. 
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Este tipo de tela (Figura 2) é composta basicamente de um tubo base 
perfurado, envolvido por uma camada de arame com espaçamento 
adequado visando normalmente a retenção de propantes (areia, cerâmica, 
bauxita) em poços revestidos. A seção transversal do arame tem diferentes 
tipos de formatos, definidos em função do projeto de contenção de areia a 
ser utilizado . 
 
Este é o tipo de tela que tem sido usado há pelo menos 30 anos para 
contenção de areia, principalmente a poço revestido associado a 
operações de gravel pack ou fracpack, apesar de já ter sido usado em 
alguns casos, principalmente no exterior, em completações a poço aberto, 
porém com aberturas apropriadas para contenção de areia da formação. 
TELAS WIRE WRAPPED 
Figura 2 – Tela Wire Wrapped. 
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Mais recentemente, foram desenvolvidos novos tipos de equipamentos 
com maior área aberta ao fluxo e aplicação específica para completações 
a poço aberto, horizontais (Telas Premium). Tem sido aplicadas por 
grandes operadoras, principalmente em completações horizontais com 
gravel pack a poço aberto. Dentre as mais utilizadas podemos citar : 
TELAS PREMIUM 
Figura 4 – Tela Poroplus. 
Figura 5 – Tela Excluder. 
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TELAS PREMIUM 
Figura 6 – Tela Stratapack. 
Figura 7 – Tela Excelflow. 
TELAS - COMPOSIÇÃO 
Shroud – Camada externa que tem por objetivo fornecer proteção 
para o meio filtrante tanto na sua instalação a poço aberto, como 
durante o fluxo do poço. 
 
Meio filtrante – normalmente composto por 3 camadas : A camada 
superior – tem por objetivo capturar as partículas com tamanho 
específico sobre a sua superfície de acordo com seu projeto. A 
camada intermediária com fios de maior espessura e abertura, tem 
por objetivo suportar a camada superior sem gerar restrição ao 
fluxo e a camada inferior tem por objetivo básico o suporte das 
demais camadas sobre os furos do tubo base. 
 
Tubo base – sempre perfurado para possibilitar fluxo de fluidos e 
tem por objetivo sustentar todo o sistema, dando rigidez, 
resistência aos esforços de colapso e possibilitar conexão com os 
demais tubos. 
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TELAS - COMPOSIÇÃO 
Figura 8 – Tela Premium - Poromax. 
TELAS EXPANSÍVEIS 
Este tipo de tela foi desenvolvida inicialmente pela empresa 
Petroline (posteriormente comprada pela Weatherford) em 
associação com a SHELL (Figura 9), com o objetivo básico de 
utilização a poço aberto, visando eliminar o espaço anular entre as 
telas e o poço aberto (como ocorre no sistema stand alone), 
reduzindo possibilidade de movimentação dos grãos da formação 
que impactam em processo de redução de permeabilidade / 
erosão, visando reduzir falhas no processo de controle de 
produção de areia. 
Figura 9 – Tela Expansível. 
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MÉTODOS PARA 
CONTROLE DA PRODUÇÃO DE AREIA 
Consiste no preenchimento dos espaços criados atrás do 
revestimento, devido à produção de areia com gravel pré-resinado. 
 
A operação é semelhante a um squeeze, em que a pasta de areia 
resinada é bombeada através da coluna como um tampão 
balanceado, sendo a pasta squeezada para a formação. 
 
Após a pega da resina (a cura se dá com tempo e temperatura) é 
descida broca para remoção do excesso de gravel dentro do poço. 
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MÉTODOS PARA 
CONTROLE DA PRODUÇÃO DE AREIA – AREIA RESINADA 
A pasta resinada restante na formação e canhoneados, após a 
cura, resulta em um meio poroso de boa permeabilidade servindo 
de filtro para a areia da formação. 
 
Devido a dificuldade em garantir injeção da pasta em todos os 
canhoneados, a aplicabilidade desta técnica se restringe a poços 
com pequena extensão canhoneada e poços terrestres, devido ao 
baixo custo da intervenção de workover. 
 
Também é recomendada para poços antigos que já produziram 
grandes volumes de areia. 
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MÉTODOS PARA 
CONTROLE DA PRODUÇÃO DE AREIA – STAND ALONE 
A completação stand alone emprega simplesmente algum tipo de 
tela ou liner posicionado em frente ao intervalo produtor, sempre a 
poço aberto. 
 
Estas completações podem ser realizadas com utilização de 
slotted liner, pré-packed screens, telas wire wrapped ou telas 
premium. 
 
Este tipo de completação, apesar de ser a mais econômica, possui 
algumas restrições quanto aos cenários de aplicação. Os arenitos 
devem ser homogêneos, ou seja, ter pouca dispersão entre os 
tamanhos de grãos, além de pouco teor de finos. 
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MÉTODOS PARA 
CONTROLE DA PRODUÇÃO DE AREIA – STAND ALONE 
Este tipo de arenito tem a vantagem de funcionar como um gravel 
natural, sem redução de permeabilidade devido ao rearranjo dos 
grãos. 
 
Considera-se como finos, sólidos com diâmetros inferiores a 44 
micrômetros. O grau de uniformidade do arenito pode ser medido 
pelo seu coeficiente de uniformidade (Cu), que é definido da 
seguinte forma: 
 
 
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40
D
D
Cu
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MÉTODOS PARA 
CONTROLE DA PRODUÇÃO DE AREIA – STAND ALONE 
Sendo D40 e D90, retirados da curva de análise granulométrica 
(Figura 10) obtida de testemunho representativo do arenito. 
 
Para aplicação do método Stand Alone para um determinado 
arenito, deve-se atender aos seguintes critérios (SPE 65140): 
 
Cu < 5 
Percentagem de finos < 5%. 
 
 
Figura 10 – Mandril Expansor. 
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GRAVEL PACK EM 
POÇOS REVESTIDOS 
Esta técnica, empregada em poço revestido, pode variar desde a 
simples utilização de um único tubo telado a uma complexa 
completação múltipla. 
 
Apenas os tipos de operações e técnicas mais usuais serão 
abordados, onde após o condicionamento do revestimento, é 
descido um sump packer, formando o fundo necessário para a 
ancoragem da coluna de gravel pack; em seguida o poço é 
canhoneado e o conjunto de gravel pack, composto de tubos 
telados, tubos cegos, wash pipes, crossover tool e packer é 
instalado. 
 
Após conclusão da instalação do conjunto é feito o bombeio e 
deslocamento do gravel, que conterá a produção da areia de 
formação. 
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GRAVEL PACK EM 
POÇOS REVESTIDOS - VANTAGENS 
Mais efetivo no controle de areia em longos intervalos, em 
intervalos com pequenas intercalações de folhelhos, e em zonas 
com alto teor de argila e silt; 
 
Suporta a maioria das reações desenvolvidas em um tratamento 
químico, e não se deteriora com o tempo; 
 
Apresenta melhores resultados nas aplicações em poços antigos 
com histórico de grande produção de areia; 
 
É menos afetado pelas variações de permeabilidade da 
formação; 
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GRAVEL PACK EM 
POÇOS REVESTIDOS - DESVANTAGENS 
Redução do diâmetro interno do poço, pela utilização de tubos 
telados; 
 
Reparos ou recompletações requerem a remoção do conjunto; 
 
As telas estão sujeitas à corrosão e/ou erosão devido às altas 
velocidades de fluxo ou à produção de fluidos corrosivos; 
 
Apresenta maior dificuldade no isolamento de futuros intervalos 
produtores de água; 
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GRAVEL PACK EM 
POÇOS REVESTIDOS 
As três máximas para obtenção de uma boa performance numa 
operação deGravel Pack são: 
 
1. Dimensione o gravel para conter completamente a 
movimentação de areia da formação; 
 
2. Forme um pacote compacto de gravel, com o maior raio 
possível; 
 
3. Maximize a produtividade minimizando o dano à formação. 
 
É possível seguir vários procedimentos para o dimensionamento 
dos componentes mecânicos do conjunto, mas a utilização de uma 
técnica não adequada para a colocação (placement) do gravel 
poderá trazer sérios prejuízos ao sucesso da operação. 
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DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
Definição da granulometria do gravel: 
 
Um ponto importante no projeto de um gravel pack é a definição da 
granulometria do agente de contenção, uma vez que este deverá 
reter a areia de formação com a menor interferência possível na 
produtividade do poço. 
 
Um critério utilizado é baseado nas recomendações de Saucier, 
constatadas em experimento onde uma célula contendo gravel e 
areia da formação (Figura 11) foi submetida a um fluxo linear, 
medindo-se a perda de carga para várias vazões e diversas 
relações de granulometria entre gravel e areia. Nos casos em que 
houve invasão de areia no pacote de gravel, foi constatada a 
redução da permeabilidade com conseqüente aumento da perda 
de carga (Tabela 1). 
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DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
Figura 11 – Saucier. 
Tabela 1 – Experimento de Saucier. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
As conclusões de Saucier são mostradas na Figura 12. Para uma 
relação gravel/areia maior que 6 observa-se uma queda 
significativa na permeabilidade do pacote, numa relação maior que 
14 a areia da formação não é mais contida. 
 
Saucier recomenda que "o tamanho médio do grão de gravel seja 
até 6 vezes maior que o tamanho médio do grão de areia da 
formação". 
Figura 12 – Experimento de Saucier. 
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DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
Na prática, a granulometria recomendável para o gravel é 
determinada multiplicando-se o diâmetro de partícula 
correspondente aos 50% acumulados em peso (D50) (obtidos na 
análise de peneira, que abordaremos mais adiante) por 4 e 8, 
adotando o gravel comercialmente disponível com diâmetro 
imediatamente inferior ao calculado. 
 
Exemplificando: A análise de peneira indicou que o diâmetro médio 
(D50) de uma areia de formação é 0,0045", então: 
 
0,0045 x 4 = 0,018" 
 
0,0045 x 8 = 0,036" 
 
De acordo com a Tabela 2, teremos: 
 
0,018" ⇒ 38 mesh 
 
0,036" ⇒ 19 mesh 
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DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
Tabela 2 – U.S.A. Mesh. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
Tabela 3 – Gauge das Telas para os Vários Sizes de Gravel. 
Concluímos que o gravel recomendado é 20-40 mesh (Tabela 3). 
 
A título de verificação, podemos fazer: 
 
- Diâmetro médio do gravel 20-40 = (0,033 + 0,017) / 2 = 0,025; 
- Diâmetro médio do gravel / diâmetro médio da areia = 0,025 / 0,0045 
= 5,56. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK 
É recomendável que a seleção do gravel seja baseada na menor 
"granulometria média" obtida do testemunho do intervalo a ser 
canhoneado. 
 
Atentar para amostras que apresentem granulometria média tão 
pequena (< 0,002") que não contribuiriam com a produção, estas 
deverão ser ignoradas. Desta forma, o gravel 40/60 mesh (0,017" - 
0,0098") é o de menor granulometria comumente usado. Este é o 
default recomendado quando não se dispõem de informações sobre a 
granulometria da areia de formação. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 
Figura 13 – Curva Granulométrica. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 
Uma vez obtido o D50, basta aplicar o procedimento recomendado por 
Saucier. 
 
ESPECIFICAÇÃO DA TELA: O tubo telado tem por função básica 
manter o pacote de gravel na posição adequada. O espaçamento da 
tela (gauge) deve ser menor do que o menor diâmetro do gravel usado 
(Tabela 3). 
 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 
Importante: o OD do tubo telado deve permitir uma folga de, no 
mínimo, 1" entre a tela e o revestimento em poços revestidos e 2" em 
poços abertos, isto porque: 
 
1. Um grande espaço anular evita a formação de bridges durante o 
posicionamento do gravel; 
 
2. O gravel desliza e é posicionado com maior facilidade, formando 
um pacote compacto; 
 
3. Um anular de 1", ou mais, permite a remoção do gravel com mais 
facilidade se houver necessidade da retirada do conjunto; 
 
4. Em poços abertos, 2" ou mais reduzem o risco de erosão da areia 
da formação no momento em que a pasta do gravel estiver sendo 
posicionada. A Tabela 5 apresenta os diâmetros máximos e os 
recomendados para os tubos telados em relação aos 
revestimentos. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 
Tabela 5 – Diâmetros recomendados para tubos telados. 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 
Os tubos telados devem ainda: 
 
 Conter centralizadores no meio e em cada extremidade; 
 
 Ter um mínimo de 1,5 m de excesso acima e abaixo do intervalo 
canhoneado, para compensar a imprecisão das medidas do 
sondador; 
 
 Ter as descontinuidades nunca maiores do que 1,5m em poços de 
até 45 de inclinação. Descontinuidades no tubo telado se tornam 
mais críticas à medida que o ângulo de inclinação tende para 90 . 
DIMENSIONAMENTO DE UMA OPERAÇÃO 
DE GRAVEL PACK – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 
DETERMINAÇÃO DO VOLUME DE GRAVEL: A quantidade de gravel 
é determinada adicionando-se ao volume do anular tubo 
telado/revestimento o volume previsto para preencher os canhoneados 
e os espaços atrás do revestimento, acrescentando-se, como fator de 
segurança, 10% sobre este total. 
 
Nas completações a poço revestido de uma zona nova, onde o 
canhoneio e a limpeza dos canhoneados foram feitos de forma 
criteriosa, podemos assumir valores de 1 pé cúbico de gravel para 
cada pé de canhoneado. 
 
Em poços onde houve elevada produção de areia, adotar como valor 
básico 3 pe3/pé de canhoneado. 
 
É imprescindível, em qualquer caso a execução de pré-pack. 
FIM