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Revestimentos de Poços de Petróleo João Carlos R. Plácido jcrp@petrobras.com.br REVESTIMENTO Definição • Coluna de revestimento: comprimento total de tubos de revestimento com o mesmo diâmetro externo que é descido no poço em uma única operação • Seção da coluna de revestimento: comprimento contínuo de uma coluna de revestimento que possui o mesmo grau, peso nominal e tipo de conexão • A coluna pode ser simples (uma única seção) ou combinada (várias seções) Tubos de Revestimento Tubos de Revestimentos Conexões REVESTIMENTO Histórico • Antiguidade: rudimentares alvenarias • Poço do Coronel Drake: proteções de madeira • Décadas atrás: tubos de ferro fundido • Atualmente: tubos de aço especial unidos por conectores ou luvas REVESTIMENTO • Poço é perfurado por fases cujo número e comprimento depende das características geológicas das zonas (pressão de poro e de fratura) e profundidade final • Custo do revestimento é de 15 a 20% do custo total no mar, e de até 50% em terra REVESTIMENTO • Composição da coluna de revestimento é função dos esforços previstos durante a descida e ao longo da vida útil • Fabricação e manuseio: padronização API • Apesar da padronização, algumas vezes faz- se necessário utilizar produtos ou procedimentos não-API Revestimento: Literatura • Recommended Practices for Care and Use of Casing and Tubing - API RP 5C1 • API Bulletin on Performance Properties of Casing, Tubing and Drill Pipe - API BULL 5C2 • API Bulletin on Formulas and Calculations for Casing, Tubing and Drill Pipes Properties - API BULL 5C3 • Specification for Casing and Tubing - API SPEC 5CT • Catálogo Produção e Controle de Tubos de Aço, Mannesmann REVESTIMENTO Funções • Prevenir desmoronamento das paredes • Evitar contaminação dos lençóis freáticos • Permitir retorno da lama até a superfície • Suportar pressões internas e externas • Permitir adotar fluido diferente nas fases seguintes • Impedir migração de fluidos da formação (kicks) REVESTIMENTO Funções • Evitar perda de circulação • Evitar prisão da coluna por diferencial de pressão • Sustentar os equipamentos de segurança na cabeça do poço e o peso de outras colunas de revestimento • Alojar equipamentos de elevação artificial • Confinar produção ao interior do poço REVESTIMENTO Características Essenciais • Ser estanque • Resistir as solicitações que lhes serão impostas • Ter dimensões compatíveis com as atividades futuras • Ser resistente à corrosão e à abrasão • Apresentar facilidade de conexão • Ter a menor espessura possível (custo) 13 3/8” 70 m 17 1/2” 12 1/4” 8 1/2” 9 5/8” 2000 m 7” 3500 m 20” 1000 m 36” 12 1/4” 8 1/2” 13 3/8” 3000 m 9 5/8” 4500 m 30” 100 m 26” 17 1/2” L7” 5500 m ESQUEMA GERAL DE UM POÇO (Exemplos) Æ Fase (Broca) Æ Rev. Æ Rev. Æ Fase (Broca) REVESTIMENTO Classificação quanto à função • Condutor • Superfície • Intermediário • Produção • Liner • Tie Back REVESTIMENTO Condutor • Primeiro revestimento a descer no poço • Profundidade da sapata: 10 a 80 m • Função: sustentar formações superficiais não consolidadas • Assentado por cravação, por jateamento (mar) ou por perfuração e cimentação • Diâmetros típicos: 30”, 20”, 13 3/8” REVESTIMENTO Superfície • Comprimento varia de 100 a 600 m • Funções: proteger lençóis freáticos, prevenir desmoronamentos de formações não consolidadas, servir como base de apoio para equipamentos de segurança de cabeça de poço • Cimentado em toda extensão para evitar flambagem • Diâmetros típicos: 20”, 18 5/8”, 16”, 13 3/8”, 10 3/4” e 9 5/8” REVESTIMENTO Produção • Funções: permitir a produção do poço, suportando as paredes e isolando os intervalos produtores • Diâmetros típicos: 9 5/8”, 7”, 5 1/2” REVESTIMENTO Liner • Coluna que cobre apenas a parte inferior • O topo fica ancorado pouco acima da sapata do revestimento anterior • Razões: economia, versatilidade e rapidez de operação • Substitui o revestimento intermediário e o de produção • Diâmetros típicos: 13 3/8”, 9 5/8”, 7”, 5 1/2” REVESTIMENTO Tie Back • Usado para complementar uma coluna de liner até a superfície, quando limitações técnicas ou operacionais exigem proteção do revestimento anterior • Diâmetros típicos: 9 5/8”, 7”, 5 1/2” Condutor (20") Superfície (13 3/8") Intermediário (9 5/8") Liner (5") REVESTIMENTO Dimensionamento • Dimensionamento deve considerar a resistência mínima dos tubos para suportar as seguintes solicitações: tração, pressão interna, colapso e flexão • Considera-se as condições mais adversas durante a descida, instalação e ao longo da vida útil • Considera-se o efeito de esforços combinados REVESTIMENTO Dimensionamento: Fatores críticos • Volume de gás que pode migrar durante um kick • Pressão de poros e de fratura das formações a serem perfuradas • Fluidos que estarão em contato com o revestimento (interior e anular) • Conhecimento prévio das características da área REVESTIMENTO Dimensionamento: Fatores críticos • Possibilidades de perdas de circulação • Variação de inclinação e direção do poço (dog-legs) • Posição do topo do cimento • Presença de fluidos corrosivos nas formações • Observação: Para cada esforço considerado, o instante e a posição em que a situação é crítica pode variar REVESTIMENTO Programa • Deve constar as seguintes informações: – profundidades de assentamento – comprimento total ou número de tubos – características dos tubos: diâmetros, peso nominal, grau, conexão, rosca – até a superfície, liner ou tie back – range: 1 (16-25 pés), 2 (25-34 pés), 3 (>34 pés) REVESTIMENTO Classificação quanto ao material • Os revestimentos são feitos de aço, e os diferentes graus dependem da composição química e do tratamento térmico a que são submetidos • Os graus normalmente usados são: H-40, J-55, K- 55, C-75, L-80, N-80, C-90, C-95, P-110, Q-125 • Composição química: C (~0,5%), Mn (1 a 2%), Mb (~0,2%), Cr+Ni+Cu (~0,5%), Ph (0,04 a 0,2%), S (0,03 a 0,06%), Si (0,06 a 0,35%) REVESTIMENTO Métodos de fabricação • Sem costura (seamless pipe) – laminação: prensagem de um lingote cilíndrico aquecido até 1200°C contra um mandril • Com costura (welded pipe) – chapas dobradas e soldadas Processo laminador oblíquo com perfuração de um tarugo Laminação com cilindros oblíquos Laminação com cilindros oblíquos (detalhe) Fabricação de tubos com costura: Processo de soldagem com arco submerso Equipamento automático triplo de solda por arco submerso Instalação de soldagem de tubos de grandes diâmetros REVESTIMENTO Conexões com roscas API • Rosca Round-Thread: forma de “V” arredondada, 8 fios/pol, “short” e “long”, conicidade: 0,0625” por pol • Rosca Buttress: forma trapezoidal, 5 fios/pol, conicidade: D < 13 3/8” - 0,0625” por pol D > 16” - 0,0833” por pol • Rosca Extreme-Line (XL): forma trapezoidal, conicidade: 5” < D < 7 5/8” - 0,125” por pol 8 5/8”< D < 10 3/4” - 0,1042 por pol Tipos de conexões com roscas API Revestimentos Conexões com roscas não API • selo metal-metal (múltiplos) para aumentar resistência à pressão • ombros múltiplos para aumentar resistência ao torque e maior resistência à compressão • situações especiais de carregamentos • juntas “flush” para aumentar folga no anular • parede interna sem rugosidade para diminuir turbulência • roscas projetadas para rápida conexão REVESTIMENTO Grande diâmetro / Conexão sem roscas • Squnch Joint tipo ST – recomendado para ser usado em revestimento de 30”ou 20”em poço pré perfurado – mais leve e mais barato – vedação com "O ring" adaptado no pino – liberação através de parafusos apertados para dentro dos furos roscados na caixa, de modo a comprimir o anel bi-partido de travamento Squnch Joint REVESTIMENTO Grande diâmetro / Conexão sem roscas • Squnch Joint tipo ALT – Tem todas as características do ST, sendo porém mais pesado e robusto – Usado para cravação (ombros mais largos) – Dois tipos de vedação: contra fluidos (“O ring” acima do anel de travamento) e contra detritos (“O ring” abaixo do anel de travamento) – Estas conexões possuem sistema remoto de liberação hidráulica (RHR) REVESTIMENTO Grande diâmetro / Conexão com roscas tipos: L, R, LX, RL4 • usada normalmente em revestimentos de 20” • rápido enroscamento (4 a 5 voltas) • perfeita vedação entre pino e caixa devido ao anel resiliente que se adapta ao pino • boa soldagem (butt weld) devido a sua fabricação com aço especial • alta resistência à tração e ao colapso REVESTIMENTO Acessórios • Elementos descidos com a coluna de revestimento, cujas posições obedecem a uma programação antecipada • São indispensáveis para a operação de cimentação REVESTIMENTO Acessórios para cimentação com um estágio • Sapata: – colar de aço que é enroscado no primeiro tubo (deve-se passar adesivo especial na rosca) – tem a função de guiar a coluna de revestimento – tipos: guia, guia com saída lateral (turbulência), cega, flutuante (evitar retorno), flutuante com saídas laterais, diferencial (válvula fecha após cimentação protegendo contra pistoneio), flexiflow Sapata Guia e Flutuante REVESTIMENTO Acessórios para cimentação com um estágio • Colares de cimentação: – evitar a contaminação da pasta no anular – colocados pelo menos 2 tubos acima da sapata para que a pasta contaminada não passe para o anular – reter os tampões de fundo e de topo (indica o término da cimentação) – tipos: retentor, cego, flutuante, diferencial (menos sujeito aos problemas com cascalhos), flexiflow, insert (mesma finalidade do colar flutuante, porém de custo menor) Colar Retentor e Flutuante Colares Flutuantes Sapata e Colar Diferencial Abastecimento automático durante a descida - ECONOMIA DE TEMPO + segurança operacional - COLAPSO DO REVESTIMENTO Transformado em equipamento flutuante após a descida REVESTIMENTO Acessórios para cimentação com um estágio • Tampões: – evitar a contaminação da pasta de cimento pelo fluido de perfuração – tampão de fundo: descido na frente da pasta, raspa a película de lama na parede (contém um diafragma que se rompe com pressão) – tampão de topo: separa a pasta de cimento e o fluido de deslocamento, e indica o término da cimentação Tampões REVESTIMENTO Acessórios para cimentação com um estágio • Centralizadores: – centralizar o revestimento dentro do poço, mantendo um espaço anular uniforme – facilitar deslocamento da pasta no anular reduzindo a canalização – evitar prisão diferencial – tipos: mola e rígido – posicionamento: função do intervalo a ser cimentado, inclinação do poço, diâmetros do revestimento e do poço Centralizadores:mola e rígido TIPO MOLA Força de restauração e Força inicial - força para a descida do centralizador no poço ou revestimento anterior TIPO RÍGIDO Sem Força de restauração e Força inicial Uso em poços de alta inclinação Centralizadores: Stop rings - Permite colocação do centralizador em qualquer posição - Centralizador é geralmente colocado na luva do revestimento (sem necessidade do uso de Stop Ring) REVESTIMENTO Acessórios para cimentação com um estágio • Arranhadores: – remover o reboco da lama que se forma nas paredes do poço – tipos: vertical e rotativo – pode-se também remover o reboco utilizando- se fluidos lavadores Arranhadores Verticais Arranhadores Rotativos Revestimento:Acessórios para cimentação com múltiplos estágios • Cesta de cimentação: – promove o retorno da pasta de cimentação no anular (apresenta problemas caso seja necessário retirar a coluna de revestimento) Revestimento:Acessórios para cimentação com múltiplos estágios • Colar de estágio: – essencial para cimentação em estágios, pois permite comunicar o interior do revestimento com o anular Colar de Estágio Colar de Estágio: Operação REVESTIMENTO Acessórios diversos • External Casing Packer (ECP) – funciona como um obturador (packer) – evita comunicação entre zonas de produção – inflado normalmente com fluido de perfuração ou água, podendo ser inflado com qualquer fluido – borracha é reforçada por uma nervura metálica – modelo e diâmetro escolhido em função do diâmetro do poço e do revestimento External Casing Packer (ECP) REVESTIMENTO Equipamentos Auxiliares • Bucha da mesa e Cunha • Casing Spider (mesa auxiliar para diâmetros maiores que 9 5/8”, podendo também ser utilizada como elevador) • Elevadores • Protetores: neoprene e metálico • Chave hidráulica • Corda de arraste dos tubos REVESTIMENTO Equipamentos Auxiliares • Elevadores REVESTIMENTO Equipamentos Auxiliares • Chave hidráulica Considerações para uma boa operação de revestir um poço • Antes da descida – condicionar o poço – verificar a existência de todos os equipamentos a serem utilizados – verificar a quantidade do material necessário para revestir e cimentar – receber, conferir e estaleirar os tubos – inspecionar visualmente – enroscar a sapata e o colar nos tubos correspondentes aplicando adesivo Considerações para uma boa operação de revestir um poço • Durante a descida – observar seqüência de descida dos tubos – aplicar o torque recomendado – aplicar graxa contra vazamento – controlar velocidade de descida (~30 tubos/hr) – encher a coluna quando usando sapata ou colar flutuante Considerações para uma boa operação de revestir um poço • Se o revestimento topar recomenda-se: – reciprocar – adaptar cabeça de circulação para circular lama – retirar coluna de revestimento e descer coluna de perfuração – caso não seja possível descer além deste ponto deve-se cimentar, cortar e fazer um casing patch Considerações após a descida • Em terra, após a pega da pasta de cimento, aplica-se uma tração correspondente ao peso próprio no ar da parte livre (acima do topo da pasta) multiplicado por 1,2, e assenta-se o revestimento na cunha Esforços que solicitam o revestimento • API Bul 5C2: Performance Properties • API Bul 5C3: Formulation & Calculations • Colapso • Pressão Interna • Tração • Flexão • Esforços combinados Esforços e respectivas falhas Tração • No corpo: Rt = (p/4)(D2-d2) Yp Yp = limite de escoamento (psi) D = diâmetro externo do tubo (pol) d = diâmetro interno do tubo (pol) • Na conexão: API Bul 5C3, seção 4 Pressão Interna • Esforço resultante do diferencial entre as pressões no interior do tubo e no anular • Verificar menor resistência ao escoamento: corpo do tubo, luva e conexão • Pressão interna de escoamento no corpo do tubo (Equação de Barlow considerando 87,5% do escoamento, pois o API permite a espessura variar até 12,5%): Rpi - resistência a pressão interna (psi) Yp - limite de escoamento (psi) D - diâmetro nominal (pol) t - espessura da parede (pol) )/( 2 875,0 tD Yp Rpi = Equações de Barlow Cilindro de Parede Fina Pi Pi s s Equações de Barlow 2 ´s ´ t ´ l = Pi ´ D– 2 ´ t ´ l s= Pi ´ D– 2 ´ t 2 ´ t s = Pi ´D2 ´ t Resistência a Pressão Interna sesc =Y Þ P = Rpi )/( 2 875,0 tD Yp Rpi = Pressão Interna • Pressão interna deescoamento da luva – API Bul 5C3, seção 3 • Pressão de vazamento da conexão – acima deste valor pode ocorrer vazamento na conexão sem alteração na estrutura do tubo – válido somente para gás – para outros fluidos adota-se a resistência da pressão interna do corpo do tubo Colapso • Esforço resultante do diferencial das pressões criadas pelos fluidos no anular e no interior da coluna • Resistência ao colapso é função de: D/t, grau do aço, esforço axial • API Bul 5C3 define 4 tipos de colapso: – Colapso de Escoamento (a partir da equação de Lamé) – Colapso Plástico – Colapso de Transição – Colapso Elástico Range de D/t onde cada tipo de colapso ocorre (D/t)do tubo Escoamento Plástico Transição Elástico (D/t)yp (D/t)pt (D/t)te )/(2 )2()/(8)2( )/( 32 132 2 1 YpFF FYpFFF tD yp + -+++- = )( )( )/( 523 41 FFYpF FFYp tD pt -+ - = 12 12 /3 /2 )/( FF FF tD te + = 3162105 1 1053132,01021301,01010679,08762,2 YpxYpxYpxF --- -++= YpxF 62 1050609,0026233,0 -+= 31327 3 1036989,01010483,0030867,093,465 YpxYpxYpF -- +-+-= 2 12 12 12 12 12 3 12 126 4 )/(2 /3 1)/( )/(2 /3 )/(2 /3 1095,46 ú û ù ê ë é + -ú û ù ê ë é - + ú û ù ê ë é + = FF FF xFF FF FF Yp FF FF x F )/( 1245 FFFF = Resistência ao Colapso A = Pi ´ R i 2 – Pe ´ R e 2 R e 2 – R i 2 B = Pe – Pi ´ R e 2 ´ R i 2 R e 2 – R i 2 s r = A + BR 2 s q = A – BR 2 Para Pi = 0 => B > 0 e A < 0 Max (s r ; s t) = s t Equações de Lamé ( ) ( ) ( )222 222222 io ioeoii r rrr rrrprrrp - ---- =s ( ) ( ) ( )222 222222 io ioeoii t rrr rrrprrrp - +-+ =s A maior tensão será a tangencial. Assumindo r = ri , Pi = 0 e P = Pe. Fazendo a tensão tangencial igual ao limite de escoamento, obtém-se a equação do colapso de escoamento (próximo slide). Colapso de Escoamento ú û ù ê ë é - = 2)/( 1)/( 2 tD tD YpPyp Para: (D/t) < (D/t)yp Colapso Plástico 32 1 )/( FF tD F YpPp -ú û ù ê ë é -= Para: (D/t)yp < (D/t) < (D/t)pt Colapso de Transição ú û ù ê ë é -= 5 4 )/( F tD F YpPt Para: (D/t)pt < (D/t) < (D/t)te Colapso Elástico [ ]2 6 1)/()/( 1095,46 - = tDtD x Pe Para: (D/t) > (D/t)te Nomenclatura Pyp = pressão de colapso de escoamento (psi) Pp = pressão de colapso plástico (psi) Pt = pressão de colapso de transição (psi) Pe = pressão de colapso elástico (psi) Yp = limite de escoamento (psi) D = diâmetro nominal do tubo (pol) t = espessura da parede do tubo (pol) (D/t)yp= interseção entre colapso de escoamento e plástico (D/t)pt = interseção entre colapso plástico e de transição (D/t)te= interseção entre colapso de transição e elástico F1, F2, F3, F4, F5 = fatores Tensões Combinadas • Partindo da teoria da energia de distorção • A máxima tensão ocorrerá em r = ri • Substituindo r = ri na equação de Lamé, então sr = -pi • Fazendo s e = Yp e resolvendo a equação quadrática acima obtém- se a elipse de plasticidade: • Fazendo r = ri na equação de Lamé de st , e substituindo na equação acima, define-se o estado de tensões combinadas, que resultará no modo de falha por escoamento após substituir pi=0 e s z = 0. ( ) ( ) ( )222 2 1 trrzzte sssssss -+-+-= ÷ ÷ ø ö ç ç è æ + +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + -±=÷ ÷ ø ö ç ç è æ + p iz p iz p it Y p Y p Y p sss 2 1 4 3 1 2 Tensões Combinadas - Elipse de Plasticidade Válido somente no regime de escoamento Tensões Combinadas Para qualquer regime de colapso a recomendação do API é a seguinte: (Yp)e– tensão efetiva Yp - limite de escoamento sz - tensão axial Pi – pressão interna Faz-se a resistência ao colapso corrigida (Pcr) igual a (Yp)e. Para considerar o efeito da pressão interna, o API recomenda comparar Pcr com Po`: ( ) ÷ ÷ ø ö ç ç è æ + -÷ ÷ ø ö ç ç è æ + -= p iz p iz p ep Y p Y p Y Y ss 2 1 4 3 1 2 ( ) ioo PtDPP ÷÷ø ö çç è æ --= 2 1' Efeito da Curvatura • O revestimento ao ser curvado é submetido a uma tensão axial de dobramento que irá se somar a tensão axial devido à tração. onde: E=30 x 106 psi (aço) c= curvatura do tubo (dogleg severity) em graus/100 pés D=diâmetro nominal em pol T=tração (lbf) As=área transversal (pol2) ( ) cDEcD I EIcD I DM bz 21822 )2/( ====s ( ) s az A T =s ( ) ( )bzazz sss += Fatores de Segurança • Colapso: 1,0 - 1,125 (1,0) • Pressão Interna: 1,0 - 1,25 (1,1) • Tração: 1,3 - 1,8 (1,3) • Triaxial: (1,25) Revestimentos: Outras causas de falhas • ranhuras • amassamento • desgaste • erosão • flambagem • torção Revestimentos: Informações necessárias para projeto • profundidades de assentamento das sapatas • pressão das formações, gradientes de fratura, peso de lama • comportamento das formações que podem resultar em colapso do revestimento • características corrosivas do fluido de perfuração e do fluido que será produzido • perfil do poço • tempo de rotação dentro do revestimento • tipo de cimentação: primária e squeeze • tipo de completação • intervenções planejadas Profundidades das Sapatas Critérios de dimensionamento • No método triaxial, a envoltória de resistência do tubo é dada pela combinação da elipse de tensões (EVM – Elipse de Von Mises) com a envoltória API, como mostrado na figura a seguir, onde a região hachurada define os limites de trabalho para os revestimentos nas condições de trabalho. • No quadrante superior esquerdo, o tubo estará submetido a um esforço combinado de pressão interna e compressão, podendo-se notar uma significativa redução da pressão interna devida à compressão a qual a coluna está submetida. Por esse motivo o dimensionamento deve ser governado pela elipse de tensões. • No quadrante superior direito, a combinação de tração e pressão interna, traz um ganho de resistência à pressão interna devido à tração. Por outro lado, a resistência à tração deve ser limitada aos valores da norma API, a menos que se tenha um adequado conhecimento do efeito das conexões na resistência dos tubos. • Nos quadrantes inferiores, a resistência ao colapso é limitada aos valores da norma API, pois o colapso, para a maioria dos tubos, independe da condição de escoamento do material. A resistência à compressão, no quadrante inferior esquerdo é limitada pela elipse de tensões, devido à possibilidade de flambagem quando as tensões de compressão se encontram próximas da tensão de escoamento do material. • Os fatores de segurança mínimos adotados na figura a seguir são os seguintes: Colapso: 1,125; Pressão Interna: 1,1 ; Tração/Compressão: 1,3 ; Triaxial: 1,25 Critérios de dimensionamento 1,1 1,3 1,125 1,25 Critérios de dimensionamento • São apresentados os critérios para revestimentos de superfície, intermediário, produção, liners e colunas de produção, definindo os possíveis esforços a que cada tipo de revestimento estará sujeito. • Termos frequentemente utilizados durante a apresentação do critério de dimensionamento: - Área conhecida: é aquela aonde já foi perfurado pelo menos um poço, e parâmetros como pressão de poros, pressão de faturas parâmetros geológicos, características do reservatório e outros, já são conhecidos. - Área desconhecida: é toda aquela que não se enquadra na classificação acima. É importante ressaltar que a classificação de uma determinada área como conhecida ou desconhecida compete ao projetista e irá influir diretamente no custo do revestimento dimensionado.A área desconhecida sempre gerará um revestimento mais caro. Critérios de dimensionamento • Fase atual: é a fase do poço que está sendo perfurada e à seguir será revestida. • Fase anterior: é a fase que já foi perfurada e revestida e a partir da qual se está aprofundando o poço. • Fase seguinte: é a fase que ainda não foi perfurada, mas cujas características, como por exemplo, pressão de poros, definirá o dimensionamento do revestimento da fase atual. • Fatores de segurança (FS): Colapso: 1,125 Pressão interna: 1,1 Tração: 1,3 Revestimento de Superfície (colapso) • Anular: Considerar o peso específico máximo da lama previsto para a perfuração desta fase. Normalmente, essa fase é perfurada com água do mar. Nesse caso, considerar o peso específico da lama no anular como sendo 8,5 lb/gal. Pa (psi) = 0,052*?*prof = 0,052*8,5*3,281*prof = 1,45 prof (m) • Interior : Em área desconhecida ou conhecida com possibilidade de perda de circ ulação ou ocorrência de hidrocarboneto na fase seguinte. O interior será sempre considerado vazio, devido à possibilidade de perda de circulação na fase seguinte, com esvaziamento total da coluna: Pi = 0 psi • Cálculo da Resultante de Carga Cálculo de carga ( esforço de colapso), é a diferença entre pressão externa e interna e será determinada para cada ponto do revestimento de superfície pela seguinte equação: C = Pa – Pi onde: C - esforço de colapso, psi • Cálculo da Resultante de Trabalho O esforço para o qual o revestimento será projetado é: Ct = FS*C Ct - esforço de colapso para dimensionamento Revestimento de Superfície (colapso) V A Z I O FA SE S E G U IN T E FA SE A T U A L MÁXIMO PESO DE LAMA DA FASE REVESTIMENTO DE SUPERFÍCIE PERDA DE CIRCULAÇÃO Revestimento de Superfície (colapso) PRESSÃO PROFUNDIDADE RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento de Superfície (pressão interna) • Anular: Como pressão de poros das formações superficiais é igual a da água salgada, este valor (8,5 lb/gal ) será o mesmo em terra e no mar. Logo, a contrapressão (back –up) será: Pa (psi) = 1,45 prof (m) • Interior Área desconhecida ou conhecida com possibilidade de ocorrência de hidrocarbonetos na fase seguinte. Será considerado com gás, cujo gradiente, caso não seja possível previsão exata, será: Ggás = 0,35 psi/m até 3000 m , Ggás = 0,45 psi/m além de 3000 m O revestimento foi considerado totalmente cheio com gás, partindo do princípio que se pode ter um "kick" no poço durante a perfuração da fase seguinte. A pressão máxima interna na sapata do revestimento é considerada em relação ao grau de conhecimento da região. Pisap (psi) = 0,1706 * Gfrat (lb/gal) * profs (m) Pisap: pressão interna na sapata (psi), profs: profundidade da sapata (m) Gfrat: gradiente equivalente de fratura da formação na sapata (lb/gal) A pressão máxima interna na superfície é calculada reduzindo-se a hidrostática do gás no poço: Picab = Pisap - (profs-profcab) * Ggás Picab = pressão interna na cabeça do poço (psi), profcab = profundidade da cabeça de poço(m) • Resultante de carga: Portanto, para um ponto qualquer no poço, tem-se: Pi = Pisap - (profs - prof) Ggás - Pa • Cálculo de Resultante de Trabalho: Pit = Pi * FS Revestimento de Superfície (pressão interna) G Á S FA SE A T U A L FA SE S E G U IN T E ÁGUA SALGADA (8,5 lbm/gal) MENOR VALOR ENTRE: PRESSÃO DA FORMAÇÃO + 0,5 lbm/gal PRESSÃO DA FRATURA Revestimento de Superfície (pressão interna) P R O F U N D I D A D E PRESSÃO BACKUP PRESSÃO INTERNA RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento de Superfície (tração) Considerações para cálculo: A coluna de revestimento será dimensionada à tração considerando- se o seu peso imerso no fluido de perfuração da fase. Deve ser considerado o menor peso de fluido da fase. Cálculo da Resultante de Carga: A tração a uma determinada profundidade é calculada da seguinte forma: T= Prof * wf T = força a qual o revestimento está sujeito, lb Wf = peso flutuado da coluna, lb/pé Fatores de Segurança: Deverão ser considerados um dos dois fatores de segurança: FS = 1,75 ou FS = 100.000 lb (overpull) Cálculo da Resultante de Trabalho: Será usado o maior valor entre: Tt = T * 1,75 ou Tt = T + 100.000 Tt = força para dimensionamento à tração, lb Obs: Para correção da resistência ao colapso será utilizada a resultante de carga Revestimento de Superfície (tração) P R O F U N D I D A D E TRAÇÃO RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento Intermediário (colapso) • Anular: Considerar o peso máximo específico de lama previsto para a perfuração desta fase. Tem-se então: Pa = 0,1706 * r * prof onde: Pa - pressão no anular, psi e r - peso máximo da lama na fase, lb/gal • Interior: Área com possibilidade de perda de circulação na fase seguinte Será considerado vazio até uma profundidade previamente definida (Hv). Abaixo deste ponto, considerar água salgada. Note que isto é colocado simplesmente por segurança. Tem-se então: Pi = 0 para prof < Hv ou Pi = 0,1706*r*(prof - Hv ) para Hv < prof < profs onde: Hv = TVD (r - 8,5 ) / r Hv – profundidade do topo do fluido no interior do revestimento, m TVD – profundidade vertical fase seguinte, m r - peso máximo da lama na fase seguinte, lb/gal • Cálculo da Resultante de Carga Para cada ponto da coluna de revestimento tem - se que: C = Pa - Pi onde: C - esforço de colapso, psi • Cálculo da Resultante de Trabalho Para cada ponto da coluna, o esforço para o qual o revestimento será projetado é dado por: Ct = (Pa - Pi) FS onde: Ct - esforço de colapso para o dimensionamento, psi Revestimento Intermediário (colapso) V A Z I O FA SE A TU A L FA SE S EG U IN TE MAIOR PESO DE LAMA DA FASE ATUAL MAIOR PESO DE LAMA DA FASE SEGUINTE PERDA DE CIRCULAÇÃO Revestimento Intermediário (colapso) PR O FU N D ID A D E PRESSÃO BACKUP PRESSÃO NO ANULAR RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento Intermediário (pressão interna) • Anular: Considerado com o gradiente normal da formação na área. O conhecimento deste valor implicará em redução de custos no dimensionamento. Caso este gradiente não possa ser determinado, considerar o anular com água salgada (8,5 lb/gal). Tem-se então: Pa = 1,45 prof onde: Pa - contrapressão (backup) no anular, psi • Interior: (a) Área conhecida e (b) Área desconhecida (a) Área conhecida onde na fase seguinte há possibilidade de ocorrência de hidrocarbonetos Será considerada a possibilidade de ocorrer um "kick" de gás. O volume de gás a ser considerado neste influxo é também de suma importância para o dimensionamento do revestimento. Um volume de influxo admissível situa-se na faixa de 20 à 100 bbl. Para o dimensionamento deve ser calculada a pressão na sapata na hora da entrada do kick e a pressão de fratura da sapata: Picabke = 0,1706 * proff * Gf – Hk * Gkick – 0,1706 * r (proff - Hk - profc) Pisapke = Picab + 0.1706 r (profs – profc) Picabke - pressão na cabeça com "kick“ estático, psi Pisapke - pressão interna na sapata com "kick“ estático, psi proff - profundidade final da fase seguinte, m profc - profundidade da cabeça do poço, m Hk - altura do "kick“ no anular, m Gf - gradiente da formação no fim da fase seguinte, lb/gal Gkick - gradiente do gás do kick, psi/m r - peso da lama mínimo previsto para a fase seguinte, lb/gal profkick – profundiade do kick, m profs - profundidade da sapata, m Pfratsap = profs * Gfrat Pfratsap - pressão de fratura da sapata,psi Gfrat - gradiente de fratura na sapata, psi/m Revestimento Intermediário (pressão interna) Nesta comparação entre Pisap e Pifratsap duas possibilidades existirão: a) Pisap < Pfratsap Nesse caso, não haverá fraturamento na sapata. As pressões no revestimento terão uma distribuição linear entre a pressão na cabeça (Picab) e a pressão na sapata ( Pisap). b) Pisap = Pfratsap Nesse caso, haverá fraturamento na sapata devido ao "kick" de gás, o que tornará o dimensionamento mais dispendioso em virtude das elevadas pressões as quais o revestimento poderá ser submetido. Portanto, é importante limitar ao mínimo, dentro das condições de operação do volume do "kick” ganho nos tanques. Deverá ser estabelecida a pressão máxima possível de atuar na cabeça do poço (Picabmax). Este valor deverá ser função do local da operação, do BOP, bombas, tubulações, cabeça de poço, local da operação ( terra ou mar ). Convém lembrar, contudo, que esta pressão irá influir no dimensionamento com sensível incremento nos custos. Assume-se então que no interior do revestimento com a sapata fraturada, existirão em equilíbrio hidrostático dois fluidos: - na parte superior: fluido de perfuração - na parte inferior: gás Para o fluido de perfuração: lama de peso específico mínimo utilizado na fase seguinte do poço. Para o gás: se não for conhecido o seu peso específico, vale o estabelecido para o kick estático. O posicionamento relativo destes dois fluidos é importante, pois assim estaremos obtendo as maiores pressões que podem ocorrer no campo durante a perfuração. Revestimento Intermediário (Comportamento de pressões com lama e gás no poço ) PR O FU N D ID A D E PRESSÃO GÁS NO TOPO LAMA NO TOPO Revestimento Intermediário (pressão interna) Para a distribuição de pressões no interior do revestimento, deve-se determinar a profundidade da interface entre lama e gás, em função da pressão de fratura na sapata e pressão máxima na cabeça. É recomendado que os cálculos sejam feitos de maneira que a coluna de gás represente 2/3 da profundidade vertical do poço (localizado na parte inferior do poço) e a lama 1/3 ( localizada na parte superior do poço). As pressões no revestimento serão então: - ponto acima da interface lama-gás Pi = Picabmax +0,1706 r (prof -profc) - ponto abaixo da interface lama - gás Pi = Pfratsap - Gkick (profs - prof) onde: Pi - pressão interna em um ponto qualquer, psi Área Desconhecida No caso em que não existe informação confiável sobre a área onde vai-se perfurar (poços pioneiros por exemplo), será considerado como gradiente de fratura da formação na sapata o valor de 17 lbm/gal (valor máximo normalmente encontrado no Brasil). A partir da pressão da fratura, o procedimento de cálculo é idêntico ao do item anterior, para o caso em que há fratura na sapata. Cálculo da resultante de Carga: A resultante do esforço da pressão interna em cada ponto é obtida calculando-se a diferença entre a pressão interna e pressão no anular correspondente ao mesmo ponto, pela equação: Pi = Pi - Pa Cálculo da Resultante de Trabalho: Pit = Pi * FS Revestimento Intermediário (pressão interna) L A M AFA SE A TU A L FA SE S EG U IN TE PRESSÃO DA FORMAÇÃO MENOR VALOR . PRESSÕES DEVIDO AO KICK . PRESSÃO DE FRATURA DA SAPATA PRESSÃO DA FORMAÇÃO PRESSÃO NA CABEÇA - SE FRATUROU A SAPATA: . Limitações do equipamento - NÃO FRATUROU: . Pressões devido ao Kick KICK DE GÁS Revestimento Intermediário (pressão interna) P R O F U N D I D A D E PRESSÃO BACKUP PRESSÃO INTERNA RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento Intermediário (tração) Obs: Os procedimentos estabelecidos para o revestimento de superfície são os mesmos adotados para o revestimento intermediário. Considerações para cálculo: A coluna de revestimento será dimensionada à tração considerando- se o seu peso imerso no fluido de perfuração da fase. Deve ser considerado o menor peso de fluido da fase. Cálculo da Resultante de Carga: T= prof * wf T = força axial a qual o revestimento está sujeito, lb wf = peso flutuado da coluna, lb/pé Fatores de Segurança: Deverão ser considerados um dos dois fatores de segurança: FS = 1,75 ou FS = 100.000 lb (overpull) Cálculo da Resultante de Trabalho: Tt = T * 1,75 ou Tt = T + 100.000 (será usado o maior valor entre estes 2 valores) Tt = força para dimensionamento à tração, lb Obs: Para correção da resistência ao colapso será utilizada a resultante de carga Revestimento Intermediário (tração) P R O F U N D I D A D E TRAÇÃO RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento de Produção (colapso) • Anular: Considerar o peso específico máximo de lama previsto para a fase atual. Tem - se então: Pa = 0,1706 r prof onde: Pa - pressão em um ponto qualquer do anular, psi • Interior: A pressão no interior do revestimento é função do tipo de completação e do método de produção. É importante conhecer como o poço irá produzir durante a sua vida útil e os tipos de intervenção. Como ordem crescente de esforços para o dimensionamento ao colapso do revestimento, os tipos de completação podem classificados como: poço surgente, gas lift, bombeio mecânico ou elétrico É portanto recomendável lembrar que um poço que durante a sua vida útil passará por métodos diferentes de produção deverá ser dimensionado para o pior caso. Por exemplo, um poço que se inicia como surgente e termina como bombeio mecânico deverá ser projetado (ao colapso) para a condição mais crítica ou seja como produzindo utilizando bombeio mecânico. Poço produzindo no final da vida útil através de gás lift ou bombeio mecânico ou elétrico: A pressão no interior do poço provém da hidrostática do fluido de menor peso que estará presente seja em operações de completação ou perfuração durante a vida útil do poço. Deverá também ser definida a maior profundidade que o fluido no poço poderá atingir durante a sua vida útil. Pi=0 para prof < Hv Pi=0.1706 r (prof-Hv) para prof > Hv onde: Hv - profundidade do topo do fluido no interior do revestimento, m Cálculo da Resultante de Carga: C=Pa – Pi Cálculo da Resultante de Trabalho: Ct = (Pa -Pi) FS Revestimento de Produção (colapso) V A Z I O MAIOR PESO DE LAMA DA FASE FLUIDO DE MENOR DENSIDADE Revestimento de Produção (colapso) PR O FU N D ID A D E PRESSÃO BACKUP PRESSÃO NO ANULAR RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Revestimento de Podução (pressão interna) • Anular: Considerar o gradiente normal da formação da zona permeável. É importante que este valor seja correto, pois implicará em sensível redução de custo. Caso o valor anterior não possa ser determinado, considerar o anular com água salgada (8,5 lbm/gal). Tem-se então: Pa = 0.1706 r prof onde: Pa - pressão de “back-up”no anular, psi e r - gradiente da formação permeável, lb/gal • Interior: Área desconhecida: Considera-se que o poço irá produzir através de uma coluna de tubos de produção ("tubings"). Esta coluna será considerada cheio de gás com um furo junto à cabeça do poço, permitindo que com isso a pressão da formação seja transmitida para o topo do fluido de completação, a menos da hidrostática do gás no poço. Deverão ser determinados os seguintes parâmetros: - a pressão da formação: na falta de valores corretos, será considerada igual ao maior peso específico da lama utilizada para perfurar a fase atual. - o fluido de completação: na falta de valores corretos, será considerado igual ao maior peso específico da lama utilizada para perfurar a fase atual. - o gás no interiordo poço; na falta de valores corretos, será considerado igual aos seguintes valores: Ggás = 0,35 psi/m até 3000 m , Ggás = 0,45 psi/m além de 3000 m Logo, a pressão na cabeça (Picab) em um ponto qualquer no anular entre o "tubing“ e o revestimento de produção; e a pressão interna (Pi) em um ponto qualquer são dadas por: Picab = 0,1706 r profs - Ggás ( profs - profc) Pi = Picab + 0,1706 r (prof-profc) Obs: Após a perfuração do poço, havendo necessidade, um novo dimensionamento do revestimento pode ser feito considerando-se agora a área como conhecida. Revestimento de Produção (pressão interna) G Á S . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PRESSÃO DA FORMAÇÃO FLUIDO DE COMPLETAÇÃO PRESSÃO DA FORMAÇÃO (PRESSÃO DA FORMAÇÃO - GRADIENTE DO GÁS) FURO NO TUBING Revestimento de Produção (pressão interna) PR O FU N D ID A D E PRESSÃO RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO PRESSÃO INTERNA BACKUP Revestimento de Produção (tração) Obs: Os procedimentos estabelecidos para o revestimento de produção são os mesmos adotados para os revestimentos anteriores. Considerações para cálculo: A coluna de revestimento será dimensionada à tração considerando-se o seu peso imerso no fluido de perfuração da fase. Deve ser considerado o menor peso de fluido da fase. Cálculo da Resultante de Carga: T= prof * wf T = força axial a qual o revestimento está sujeito, lb wf = peso flutuado da coluna, lb/pé Fatores de Segurança: Deverão ser considerados um dos dois fatores de segurança: FS = 1,75 ou FS = 100.000 lb (overpull) Cálculo da Resultante de Trabalho: Tt = T * 1,75 ou Tt = T + 100.000 (será usado o maior valor entre estes 2 valores) Tt = força para dimensionamento à tração, lb Obs: Para correção da resistência ao colapso será utilizada a resultante de carga Revestimento de Produção (tração) P R O F U N D I D A D E TRAÇÃO RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Liner • O dimensionamento do liner é feito da mesma maneira que o do revestimento. Os diagramas resultantes dos esforços de colapso e pressão interna são obtidos em toda a extensão do poço. A seguir, considera-se apenas o trecho aonde ficará o "liner". • No dimensionamento à tração, além das verificações normais, deve -se fazer uma verificação da capacidade de carga das cunhas do sistema de ancoragem ("liner hanger"). Efeito da Tração na redução da Resistência ao Colapso ú ú ú û ù ê ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ -÷ ÷ ø ö ç ç è æ -= p z p z c cr YYP P ss 2 1 4 3 1 2 Pcr – pressão reduzida de colapso (psi) Pc – pressão original de colapso (psi) Yp - limite de escoamento (psi) sz - tensão axial (psi) A mesma correção pode ser feita empregando-se o gráfico de elipse das tensões. Com valor da resistência ao colapso reduzida, pode-se ajustar o comprimento da seção superior e prosseguir essa verificação nos demais pontos de troca de seções. Efeito da Curvatura O revestimento ao ser curvado é submetido a uma tensão axial de dobramento que irá se somar a tensão axial devido à tração. onde: E=30 x 106 psi (aço) c= curvatura do tubo (dogleg severity) em graus/100 pés D=diâmetro nominal em pol T=tração (lbf) As=área transversal (pol2) ( ) cDEcD I EIcD I DM bz 21822 )2/( ====s ( ) s az A T =s ( ) ( )bzazz sss += Poços Direcionais • Todos os critérios anteriormente estabelecidos são aqui aplicados com as seguintes considerações: - o poço direcional é projetado como se fosse um posso vertical, no que se diz respeito à pressão interna e ao colapso. São consideradas as profundidades verticais para os cálculos de dimensionamento. Assim sendo, na correção do colapso devido à tração é utilizado o peso da coluna projetada. - Para o caso da tração, o poço direcional é transformado em poço vertical, com profundidade medida considerada como profundidade vertical. Poços com H2S O dimensionamento em poços sujeitos a presença de gás sulfídrico deve atender as condições da NACE (National Association of Corrosion Engineers) norma MRO175 - 96. A norma acima divide em dois tipos de ambiente sujeitos a presença do gás sulfídrico: - poços produtores de gás; - poços produtores de óleo e óleo e/ou gás e/ou água. Para os poços produtores de gás, o revestimento deve ser dimensionado para a presença do gás sulfídrico, quando as duas condições abaixo são verificadas: - a pressão total do gás sendo manuseado é superior a 65 psia. - a pressão parcial do H2S no gás manuseado é superior a 0,05 psia O cálculo da pressão parcial do H2S no meio gasoso é feito segundo as seguintes expressões: Pp = (Pt * Mol%)/100 ou Pp = (Pt * PPM)/1.000.000 onde: Pp - pressão, psia Pt - pressão do sistema, psia Mol% - fração molar, em porcentagem PPM - concentração, em ppm (volume) Para os poços produtores de óleo, óleo/gás ou óleo/água, o revestimento deve ser dimensionado para a presença do gás sulfídrico, quando pelo menos uma das condições abaixo for verificada: - razões gás/líquido superiores a 5000 SCF/bbl; - fase gasosa contendo mais que 15% de H2S; - pressão parcial de H2S na mistura gasosa superior a 10 psia; - pressão de operação na superfície superior a 265 psia. Uma vez caracterizado o ambiente como sujeito ao H2S, o revestimento a ser dimensionado deverá atender as especificações da Table (5) (NACE, MR0175-97). A temperatura de operação ("operating temperature"), referida na Table (5), que determina a profundidade de utilização de tubos API e ASTM, é a "temperatura estática da formação" aonde será descido o revestimento. Coluna de Produção (colapso) Anular: Considerar o peso específico máximo do fluido de completação a que a coluna de produção estará submetida. Pa = 0,1706 rfc prof onde: Pa - pressão no anular coluna de produção x revestimento de produção, psi prof - profundidade de cálculo, m rfc – densidade do fluido de completação (lbm/gal) Interior da coluna de produção: O interior será sempre considerado vazio. Pi = 0 Fatores de segurança FSc = 1,125 em toda a extensão Cálculo da Resultante de Carga: Cálculo de carga ( esforço de colapso ), é a diferença entre pressão externa e interna e será determinada para cada ponto da coluna de produção pela seguinte equação: C = Pa onde: C - esforço de colapso, psi e Pa - pressão no anular, psi Cálculo da Resultante de Trabalho: Ct = FS C onde: Ct - esforço de colapso para dimensionamento, psi Coluna de Produção (colapso) PRESSÃO PROFUNDIDADE RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Coluna de Podução (pressão interna) Anular: O anular será considerado cheio com o fluido de completação que será testada a coluna de produção.Caso o poço tenha o seu anular parcialmente cheio no momento do teste da coluna, esta redução de fluido deverá ser contabilizada. Portanto a pressão de back-up no anular revestimento x coluna é: para o anular cheio: Pa = 1,45 prof para o anular parcialmente cheio: Pa = 1,45 (prof- Hv) onde: Pa - pressão de "back - up"no anular, psi Hv – profundidade do fluido de completação no anular revestimento x coluna de produção no momento de teste da coluna, m prof – profundidade de cálculo, m Interior: O interior será considerado cheio com o fluido de completação do momento do teste da coluna mais a pressão de teste na superfície. Pint = 0,1706 prof rfc + Psup onde: Pint – pressão no interior da coluna (psi).... prof – profundidade de cálculo (m) rfc – densidade do fluido de completação (lbm/gal) Psup – pressão de teste da coluna de produção (psi) Fator de segurança: Será adotado em toda extensão dacoluna de revestimento um fator de segurança igual a 1,1. Resultante de carga: Para uma profundidade menor que Hv, tem-se: Pi =0,1706 prof rfc + Psup Para uma profundidade maior que Hv, tem-se: Pi =0,1706 prof rfc + Psup – 0,1706 rfc (prof- Hv) ...........................(48) onde: Pi- pressão interna,psi Cálculo de Resultante de Trabalho: A pressão de trabalho para o dimensionamento do revestimento será dada por: Pit = Pi FS onde: Pit - pressão para dimensionamento, psi Coluna de Produção (pressão interna) P R O F U N D I D A D E PRESSÃO PRESSÃO INTERNA PRESSÃO NO ANULAR RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Coluna de Produção (tração) Considerações para cálculo : A coluna de produção será dimensionada à tração considerando-se o seu peso no ar. Cálculo da Resultante de Carga: A tração a uma determinada profundidade é calculada da seguinte forma: T = Prof * war T - força a qual o revestimento está sujeito, lb war - peso no ar da coluna, lb-ft Fatores de Segurança: FS = 1,6 Cálculo da Resultante de Trabalho: Tt = T * FS onde: Tt - força para dimensionamento à tração, lb Coluna de Produção (tração) P R O F U N D I D A D E TRAÇÃO RESULTANTE DE CARGA RESULTANTE DE TRABALHO Dimensionamento de Revestimento (Exemplo) • O poço 7-PUC-6D-RJS será perfurado na Bacia da Gávea. A sonda contratada para perfurar este poço tem uma potência de 1500 hp, pressão máxima de trabalho de 4500 psi e bombas com eficiência de 95%. • O fluido de perfuração usado na fase anterior é base água com peso específico de 9,0 lb/gal. O fluido de perfuração a ser usado na fase de 12 ¼” será também base água com peso específico de 10 lb/gal. • A sapata do revestimento de 13 3/8” está assentada na profundidade de 1800 m. A pressão de fratura medida no leak off test na sapata do revestimento 13 3/8” é de 4600 psi. • Na fase de 12 ¼” o poço é desviado a 1900 m com uma taxa de 4 graus/30 m até atingir a inclinação de 40 graus, que é mantida até atingir a profundidade medida do final da fase a 3000 m, que corresponde a uma profundidade vertical de 2712 m. • Baseado em informação de teste de formação do poço de correlação, a pressão da formação esperada na profundidade vertical final da fase de 12 ¼” (2712 m) é de 4000 psi. Assume-se que o gradiente do gás é de 0,40 psi/m. • A coluna de perfuração que será utilizada para perfurar a fase de 12 ¼” deste poço é constituída por: Broca 12 ¼”; STB; 6 DC’s 6 ¾” OD x 3” ID – 97,5 lb/pé; STB; 6 DC’s 6 ¾” OD x 3” ID – 97,5 lb/pé; SUB; 9 HW’s 5” OD x 3” ID – 50,4 lb/pé; DP’s 5” OD x 4,276” ID - 22,6 lb/pé – S135. Dimensionamento de Revestimento (Exemplo) • Dimensionar o revestimento de 13 3/8" (grau e peso linear), verificando o colapso e a pressão interna. Dimensionar ao colapso considerando o interior do poço vazio até uma profundidade previamente definida (Hv). Dimensionar à pressão interna de maneira que a coluna de gás represente 2/3 da profundidade vertical do trecho revestido (localizado na parte inferior do trecho revestido) e a lama 1/3 (localizada na parte superior do trecho revestido). Usar o fator de segurança de 1,1 para pressão interna e de 1,125 para o colapso. Os revestimentos disponíveis em estoque estão listados na tabela anexa. • Planilha Excel Casing Design Dimensionamento de Sapata (Exemplo) • Preparar um programa de revestimento para um poço em uma locação com as pressões de poros e de fratura, e litologia apresentadas na Figura anexa. Considerar: - O revestimento de produção será de 7” e deverá ser assentado a 15000 pés. - Assumir uma margem de manobra e uma margem de kick de 0,5 lb/gal. - O mínimo comprimento de revestimento de superfície para proteger os aquíferos é de 2000 pés. - Em torno de 180 pés de condutor é necessário devido a instabilidade das formações superficiais. - Lembrar que é prática geral cimentar em frente ao folhelho ao invés de arenito. Dimensionamento de Sapata (continuação do exemplo) • Um fluido de perfuração de 17,6 lb/gal será requerido para perfurar a última fase de 8 ½ pol (a). • O revestimento de produção de 7” será assentado na profundidade de 15000 pés. • Um revestimento intermediário de 9 5/8 pol será assentado na profundidade de 11400 pés (b). • Um fluido de 13,7 lb/gal será usado para perfurar esta fase de 12 ¼ pol (c). • O revestimento de superfície de 13 3/8 pol será assentado a 4000 pés (d), portanto mais que os 2000 pés requeridos. • Um fluido de 9,5 lb/gal será usado para perfurar esta fase de 17 ½ pol. • A Figura mostra que a pressão de poros nesta fase é normal, portanto um condutor de 20 pol assentado na profundidade de 180 pés é adequado. • Obs: A Tabela 7.8 mostra os diâmetros de brocas e de passagem (drift) através dos revestimentos escolhidos. 7” (produção) Fase 8 ½” Fluido 17,6 lb/gal 9 5/8” (intermediário) Fase 12 ¼” Fluido 13,7 lb/gal 13 3/8” (superfície) Fase 17 ½” Fluido 9,5 lb/gal 20” (condutor) Fluido 9 lb/gal EXEMPLOS Cálculo de Resistência Exemplo 1 • Considerando um revestimento de 20 pol de diâmetro nominal (D), peso 133 lb/pé, 18,73 de diâmetro interno (d), grau K-55 (Ym=55000 psi), calcular o seguinte: - resistência a tração - resistência a pressão interna - resistência ao colapso Exemplo 1 Resistência a tração: Rt = (p/4)(D2-d2) Yp Ym=55000 psi Rt = (p/4)(202-18,732)(55000) = 2125000 lbf Resistência a pressão interna: t=(20-18,73)/2=0,635 pol Rpi=0,875(2)(55000)/(20/0,635)=3056 psi )/( 2 875,0 tD Ym Rpi = Exemplo 1 Resistência ao colapso: D/t=20/0,635=31,496 Tabela 7.5 (Bourgoine) indica colapso de transição. Portanto, a equação a ser usada para calcular a resistência ao colapso é: Da Tabela 7.4 (Bourgoine): F=1,989 e G=0,0360 Rco=55000(1,989/31,496 – 0,036)=1493 psi ú û ù ê ë é -= G tD F YpPt )/( Exemplo 2 • Considere um revestimento 5,5 pol, N-80, 26 lb/pé, espessura 0,476 pol. - Calcule a resistência ao colapso. - Calcule a resistência ao colapso ao ser submetido a uma tensão axial de 40000 psi e uma pressão interna de 10000 psi. Exemplo 2 D/t=11,55 Tabela 7.5 (Bourgoine): Colapso de escoamento Yp=80000 psi Rco=Pyp=12649 psi ú û ù ê ë é - = 2)/( 1)/( 2 tD tD YpPyp Exemplo 2 • Usando a equação de tensão tangencial com r igual ri: ÷ ÷ ø ö ç ç è æ + +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + -±=÷ ÷ ø ö ç ç è æ + p iz p iz p it Y p Y p Y p sss 2 1 4 3 1 2 ( ) ( )22 222 2 io oeioi t rr rprrp - -+ =s ( ) 12649 2 22 2 ei p ei io o p it pp Y pp rr r Y p - =÷ ÷ ø ö ç ç è æ - ÷÷ ø ö çç è æ - =÷ ÷ ø ö ç ç è æ +s 80000 iz p iz p Y p + =÷ ÷ ø ö ç ç è æ + ss Exemplo 2 • Resolvendo a equação quadrática para tensão axial e pressão interna iguais a zero: pe=12649 psi • Resolvendo a equação quadrática para tensão axial igual a 40000 psi e pressão interna igual a 10000 psi: pe=16684 psi Exemplo 3 • Considerando o revestimento do exemplo 1, calcular a resistência ao colapso corrigida devido a uma tração axial de 1000000 lbf. Exemplo 3 6779,05,075,01 2 = ú ú ú û ù ê ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ -÷ ÷ ø ö ç ç è æ -= p z p z p pe YYY Y ss 4706,0 )55000(63,38 1000000 == p z Y s psiYpe 37285)55000(6779,0 == Calcula-se (D/t)yp, (D/t)pt, (D/t)te utilizando-se Ype (D/t)=(20/0,635)=31,496 > (D/t)pt O modo de falha ao colapso é o de transição. F, D e G da Tabela 7.4 psiG tD F YpPtPcor1012036,0496,31 989,1 37285 )/( =ú û ù ê ë é -= ú ú û ù ê ê ë é -== Exemplo 4 • Considere o seguinte revestimento: Comprimento de uma junta = 36 pés Diâmetro = 7,625 pol Peso = 39 lbs/pé Grau: N-80 Qual é a tensão axial ao ser submetido a uma força axial de 400000 lbf e a um dogleg de 4 graus/100pés ? Exemplo 4 As=p/4 (7,6252-6,6252)=11,192 pol2 ( ) psi A T s az 35740192,11 400000 ===s ( ) psicDDEcbz 6649)625,7)(4(2182182 ====s onde: E=30000000 psi (aço) ( ) ( ) psibzazz 42389664935740 =+=+= sss
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