Fluidos de Perfuração e Completação

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15/03/2024
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FLUIDOS DE PERFURAÇÃO E 
COMPLETAÇÃO
Professor: Roque Machado de Senna
2024-1
Bibliografia Básica:
I. MACHADO, J. C. V. Reologia e Escoamento de Fluidos: Ênfase na Indústria de Petróleo. Rio de 
Janeiro, Interciência, 257 p., 2002. 
II. DARLEY, H. C. H.;GRAY, G. R. Composition and Properties of Drilling and Completion Fluids. 5th ed., 
Houston, Gulf Professional Pub, 643 p., 1988. 
III. THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 4ª Edição. Rio de Janeiro: Interciência, 
Bibliografia Complementar:
IV. PETRU STEFAN, Manual de Fluidos de Perfuração, 2ª Edição, 537p., 1982, Editora PETROBRÁS/ 
DEPER/DPBA, Salvador, BA.
V. NASCIMENTO, A.; GONÇALVES, J. L. Operations Review and Drilling Optimization for the Brazilian
Pre-Salt: a focus on drilling fluids. 1ª Edição. Saabrücken: Lambert Academic Publishing, 2014.
VI. Franco Brunetti, Mecânica dos Fluidos, 448p, 2ª Edição, Editora Pearson Universidades, 2008, São 
Paulo, SP, ISBN-13.9788576051824.
VII. Merle Potter, David Wiggert, Bassem Ramadan, Mecânica dos fluídos, 2ª Edição, 728p, Editora 
Cengage, 2014, São Paulo, SP, ISBN-13. 978-8522115686
VIII. W. N. L. Fenômenos de Transporte para Engenharia. São Carlos: RIMA, 2003.
IX. Gilberto Ieno e Luiz Negro, Termodinâmica, 220 páginas, Editora Pearson, São Paulo SP, ISBN: 978-
85-87918-75-8, 2004.
X. Claus Borgnakke e Richard E. Sonntag, Fundamentos da Termodinâmica, 730 páginas, Editora 
Blucher, Tradução a 8ª Edição Americana, 978 65-212-0792-4, 2013. 
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Fluidos de Perfuração e Completação
Ementa:
1. Classificação, viscosidade aparente, equações constitutivas, medidas de propriedades reológicas, perda de 
pressão em escoamentos laminares completamente desenvolvidos para fluidos independentes do 
tempo. 
2. Perda de carga em escoamentos turbulentos completamente desenvolvidos. 
3. Fluidos viscoelásticos. 
Objetivos Específicos:
1. ingressar com conhecimentos específicos sobre fluidos de perfuração e completação.
2. Entender conceitos básicos sobre equipamentos e características dos fluidos.
3. Compreender as aplicações de fluidos em atividades de perfuração e completação.
1. Apresentação da Disciplina, introdução aos Fluidos de Perfuração e Completação;
2. Visão geral das Estruturas de Perfuração, Completação, e Produção para a exploração de Petróleo;
3. Pressão hidrostática exercida por fluidos de perfuração em poços de petróleo; 
4. Massa específica, e densidade equivalente, aplicada a fluidos de perfuração e completação;
5. Pressão da formação, pressões no sistema sonda-poço, e avaliação de pressões de superfície no 
fechamento de poços, em situação de kicks (invasão de fluidos advindos das formações);
6. Manipulação da pressão de circulação durante a perfuração de um poço de petróleo;
7. Estimativas de pressão de fratura de uma formação em águas profundas;
8. Determinação da pressão de bombeio, das pressões atuantes no fundo do poço, no topo dos comandos, 
e respectiva ECD (Densidade equivalente de circulação), em poço de água profunda; 
9. Fluido Viscoso Ideal, e a Lei de Newton para a Viscosidade;
10. Tensão de cisalhamento, Viscosidade absoluta ou dinâmica , Viscosidade cinemática;
11. Teorema de Stevin, Lei de Pascal, Carga de pressão, Equação Manométrica;
12. Reologia, Viscosidade, e Viscoelasticidade;
13. Viscoelasticidade, modelos de Kelvin-Voigt e Maxwell;
14. Modelo Reológico de Ostwald de Waale, ou Fluido de Potência;
15. Determinação gráfico/analítico, e interpretação do Modelo Reológico de Potência, via Matlab;
16. Modelo Reológico Bingham ou Plástico Ideal, determinação gráfico/analítico, via Matlab;
17. Modelo Herschell-Buckley/Potência Modificado, determinação gráfico/analítico, via Matlab;
18. Modelos Reológicos de Casson e de Robertson –Stiff;
19. Viscosimetria, Viscosímetro Baroid 286, Viscosímetro Tubular ou Tubo-capilar, Viscosímetro Fann 
Metter 35A, avaliação das medições por métodos gráfico/analítico, via Matlab;
20. Escoamento por tubos e anulares, perda de carga em escoamentos laminares e turbulentos, 
determinação gráfico/analítico, via Matlab.
21. Aplicações para os Fluidos em atividades de perfuração e completação 4
Conteúdo Programático
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1. Se destinam a limpar, esfriar, lubrificar a broca, e a coluna de perfuração;
2. Controlar as pressões de subsuperfície;
3. Transportar, para a superfície, os fragmentos triturados pela broca, ou os
provenientes de desmoronamentos, permitindo a sua separação, por meio dos
equipamentos de superfície.
4. Manter em suspensão, durante as paralisações da circulação, tanto o cascalho a
ser removido do poço, como as partículas inertes da própria fase dispersa.
5. Prevenir o desmoronamento das formações perfuradas;
6. Permitir a obtenção do maior número possível de informações das camadas
perfuradas;
7. Suportar uma parte do peso das colunas de perfuração, e de revestimentos,
devido ao empuxo.
Fluidos de Perfuração e Completação 
Fluidos de Perfuração e Completação -2
8. Formar um reboco de consistência adequada, ao longo das paredes do poço, 
consolidando-as, com o objetivo de minimizar o desmoronamento, e reduzir a 
filtração em camadas permeáveis;
9. Reduzir ao mínimo a danificação das formações produtoras;
10. Transmitir potência hidráulica às brocas; 
11. Prevenir a corrosão da coluna de perfuração;
12. Reduzir ao mínimo o risco de vida das equipes de perfuração, bem como o 
perigo de incêndio;
13. Reduzir os custos com as colunas de revestimentos. 
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PLATAFORMA SEMI-SUBMERSÍVEL:
formada por um ou mais conveses,
apoiado por colunas em flutuadores
submersos. A estabilidade é controlada por
um sistema de ancoragem (âncoras, cabos
e correntes) e de posicionamento
dinâmico, com propulsores instalados no
casco.
RISERs: são dutos suspensos que
conectam a unidade de exploração ou
produção, de um poço de petróleo, aos
equipamentos submarinos no leito
marinho, também objetiva encapsular e
proteger os equipamentos de perfuração,
tais como drill pipes e revestimentos,
também serve de conduto ao poço, bem
como aloja a coluna de perfuração em seu
interior, para que o retorno do fluido de
perfuração possa ocorrer no espaço anular
existente entre o riser e a coluna de
perfuração.
FPSO (FLOATING, PRODUCTION,
STORAGE AND OFFLOADING), trata-se
de navio adaptado para receber, processar e
armazenar o petróleo, também permitir a
transferência do petróleo e/ou gás natural a
outro navio de transporte. Posiciona-se no
convés do FPSO, uma planta de processo,
para pré-processar os fluidos produzidos
pelos poços.
MANIFOLD SUBMARINO é um
equipamento constituído de um conjunto
de válvulas e acessórios que possibilitam
direcionar a produção de vários poços para
um sistema coletor de produção, também
dividir o fluxo, enviá-lo de acordo com a
finalidade e a direção desejada.
CABOS UMBILICAIS são condutos
utilizados para conexão entre as estações e
os poços submarinos de petróleo, tais
como: cabos elétricos, hidráulicos, de
dados de telecomunicações, de fluídos e
produtos químicos.
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Fluidos de Perfuração e Completação - 7 Fluidos de Perfuração e Completação – Conceitos Fundamentais 
COMPLETAÇÃO DE UM POÇO: se refere
ao conjunto de operações realizadas, após a
sua perfuração, destinada a elevar o fluido
obtido nas formações até a superfície,
também, injetar fluidos nos reservatórios
para se obter melhorias na produção. Se
incluem a instalação de equipamentos de
superfície, a colocação de fluido de
completação, instalação da coluna de
produção, canhoneio, e a colocação do poço
em produção.
PERFILAGEM: operação realizada,
normalmente, após a perfuração, e anterior à
completação, com a finalidade de obter uma
imagem das características das formações
atravessadas, e dados de propriedades tais
como: temperatura, geometria do poço,
estruturas adjacentes, também útil na
estimativa de porosidade, e litologia,
adicionalmente,identificar qualitativamente,
e quantitativamente, a existência, e o
potencial para extração de fluidos,
porventura, existentes no meio poroso.
LINER: É um revestimento fixado no
revestimento anterior à cabeça do poço. Essa
característica permite uma grande redução de
custo, melhora o desempenho hidráulico do
poço, permitindo que tubos de maior
diâmetro possam ser utilizados acima do
Liner, além de reduzir os esforços de tração
devido ao menor peso da coluna.
VÁLVULA DE SEGURANÇA DE
SUBSUPERFÍCIE (DHSV - Down Hole
Safety Valve), componente da coluna de
produção posicionada, normalmente, acerca
de 30 metros abaixo do nível inferior do mar,
com objetivo de fechar o poço em casos de
acidentes, ou ocorrências pertinentes, não
podendo ser danificada por fogo ou colisão,
devido ao seu posicionamento. A DHSV
contém uma mola que tende a fechá-la, sendo
mantida na posição aberta por uma linha de
controle conectada à superfície.
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Fluidos de Perfuração e Completação – Conceitos Fundamentais 2
Pressão Hidrostática (Ph, N/m²) é uma grandeza
físicaexpressanosistemaSIcomoopesoespecíficodo
fluido (γ, N/m³) multiplicado pelo desnível (h, m),
comoestabelece aLeideStevin.
Nota: pode também ser expressa em: din/cm²; psi =
lbf/cm²; lbf/ft²; (e seexpressaempressãoabsoluta, psia
= pressão manométrica local acrescida de 14,7 psi,
sistema de campo), sendo usada de modo
predominante comopressãorelativa, oumanométrica.
Ph =γ.h
Ph = ρ. g. h
Ph = 0,17. ρ. h ... (01)
Eq-01,utilizada nosistemadecampo:
ρ = lb/gal=119,841kg/m³
0,17= constante deconversão
h =metros g=9,81m/s²
1psi=6,895kPa 1 bbl = 0,1589873 m³:
Exemplo01: determinar a pressão hidrostática
atuando no fundodeumpoço verticalde3.000 metros
deprofundidade,utilizando-sedeumfluidocommassa
específica de 10 lb/gal. Utilizar o SI, e o sistema de
campo,paraasolução.
Ph = 0,17. ρ. h
Ph = 0,17. 10. 3.000 Ph = 5.100 psi
Ph = ρ. g. h=10. 119,841. 9,81. 3.000
Ph = 35.269,14 kPa
Convertendo para o sistema de campo, ...
Ph = 35.269,14/ 6,895 Ph = 5.115,2 psi
Exemplo 02: determinar a pressão
hidrostática exercida por 300 bbl de fluido
de perfuração de 10 lb/gal em um poço
vertical de 8 ½” de diâmetro.
D = 8,5. 0,0254 D = 0,2159m
A = pi. D²/4 A = 0,03661m²
H=300.0,1589873/0,03661 [m³/m²], H =1.303m
Ph = 0,17. 10. 1.303 Ph =2.214,8 psi
Ph = ρ. g. h=10. 119,841. 9,81. 1.303
Ph = 15.318,6kPa /6,895, ... 2.221,7 psi
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Fluidos de Perfuração e Completação – Conceitos Fundamentais 3
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Massa Específica ou Densidade
Equivalente (ρe, kg/m³, Lbf/gal) é
grandeza física expressa no sistema SI
como pressão hidrostática (Ph, Pa, psi)
pelo peso específico do fluido (γ, N/m³,
Lbf/gal) .
ρe = Ph /(g. h)
ρe = Ph /(0,17. h) Sendo:
ρ e = lb/gal = 119,841 kg/m³
0,17 = constante de conversão
h = metros g = 9,81 m/s²
1 psi = 6,895kPa, 1bbl= 0,1589873 m³
Exemplo 03: determinar a massa
específica equivalente atuando no fundo de
um poço vertical de 2.500 metros de
profundidade, no qual foi realizado
medição de pressão na superfície do poço,
no tubo bengala, de 300 psi. Sabe-se que o
fluido de perfuração possui massa
específica de 9,3 lb/gal.
Determinação da pressão hidrostática
exercida pelo fluido no fundo do poço;
Ph = 0,17. 9,3. 2.500 Ph = 3.952,5 psi
Determinação da pressão total exercida pelo fluido
[Pt], e a viscosidade equivalente [ρe] que considera
todos oscomponentes presentesnofluido;
Pt = Pb + Ph= 300+3.952,5
Pt = 4.252,5 psi
ρe = Pt /(0,17. h)= 4252,5/(0,17. 2.500)
ρe = 10,01 Lbf/gal
x119.841= ... ρe = 1.199,11 kg/m³
Exemplo 04: a pressão de circulação
durante a perfuração de um poço é de
2.500 psi, a velocidade da bomba de
100 strokes por minuto (spm), e o fluido de
perfuração possui massa específica de 9
lb/gal. Determine a nova pressão de
bombeio, caso o operador altere a
velocidade para 90 spm, e eleve a massa
específica do fluido em 1,0 Lbf/gal? ...
Fluidos de Perfuração e Completação – Conceitos Fundamentais 4
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Manipulação da pressão de circulação
durante a perfuração de um poço de
petróleo
Exemplo 04: a pressão de circulação durante
a perfuração de um poço é de 2.500 psi, a
velocidade da bomba de 100 strokes por
minuto (spm), e o fluido de perfuração
possui 9 lb/gal de massa específica.
Determine, de modo aproximado, a nova
pressão de bombeio, caso o operador altere a
velocidade para 90 spm, eleve a massa
específica do fluido em 1,0 Lbf/gal, e
mantenha a temperatura?
v1 = 100 spm; p1 = 2.500; ρ1 = 9lb/gal
v2 = 90 spm; p2 = ? ρ2=10lb/gal
Usando a equação da energia para considerar
o equilíbrio velocidade/pressão:
p1 /γ1 - (v1)². /2g =0 ... (01)
p2 /γ2 - (v2 )². /2g =0 ... (02)
γ1 = ρ1. g γ2 = ρ2. g ... (03) ... (04)
Manipulando as eq-01,02,03,04, temos:
p2 = p1. (v2 / v1)². (ρ2 /ρ1);
p2=2.500.(90/100)². (10 /9) p2 = 2.250 psi
p2 = 2.250. 6,895 p2 = 15.513kPa
Os valores das perdas de carga no regime turbulento, e
das perdas de carga localizadas, e as por fricção, são
diretamente proporcionais à massa específica do fluido
em circulação, e aproximadamente proporcionais ao
quadradodavelocidade dabomba.
Exemplo 05: um poço marítimo foi fechado
tendo em vista um problema denominado de
kick (invasão de gás, advinda das
formações). Esse kick possui um gradiente
hidrostático de 0,30 psi/m, o poço possui
profundidade de 2.500m, e o mar possui
profundidade de 700m.
Determine a pressão de superfície após o fechamento.
Fluido perfuração: ρ1= 9lb/gal
Linha de choque: ρ2=8,5lb/gal
Formação produtora kick: ρ3=9,5lb/gal
Altura do kick espaço anular: 200m
... Continua SL-13 ...
Fluidos de Perfuração e Completação – Conceitos Fundamentais 5
Pressão de poros da formação, pressões no
sistema sonda-poço, e avaliação de pressões
de superfície no fechamento de poços, em
situação de kicks
Kicks: invasão defluidos advindos dasformações
Exemplo 05: um poço marítimo foi fechado
tendo em vista um problema denominado de
kick (invasão de gás, advinda das
formações). Esse kick possui um gradiente
hidrostático de 0,30 psi/m, o poço possui
profundidade de 2.500m, e o mar possui
profundidade de 700m. Ph = 0,17. ρ. h
Determine a pressão de superfície, aproximada, após o
fechamento.
Fluido perfuração: ρ1= 9lb/gal
Linha de choque: ρ2=8,5lb/gal
Formação produtora kick: ρ3=9,5lb/gal
Altura do kick no espaço anular: 200m ...
Pressão hidrostática fluido fundo da coluna:
P1 = 0,17. 9. 2.500 P1 = 3.825 psi
Pressão da formação no fundo da coluna:
P2 = 0,17. 9,5. 2.500 P2 = 4.037,5 psi
Pressão exercida na superfície da coluna:
P3 = 4.035,5 – 3.825 P3 = 212,5 psi
Pressão exercida na linha choque, altura mar
P4 = 0,17. 8,5. 700 P4 = 1.011,5 psi
Pressão exercida na linha kick
P5 = 200. 0,30 P5 = 60 psi
Pressão fluido perfuração na coluna choke:
P6 = 0,17. 9. 1.600 P6 = 2.448 psi
Pressão exercida na superfície do choke:
P7 = 4.037,5 – 2.448 – 1.011,5 – 60
P7 =518psi
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