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Perfuração de Poços de Petróleo Material elaborado em parceria PrOMinP e Petrobras. Autores: José Ivismário de Jesus Ronaldo Ferreira Ribeiro Perfuração de Poços de Petróleo Este material é resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção, da Universidade Petrobras e representantes do PrOMinP (Programa de Mobilização da indústria nacional de Petróleo e gás natural). Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades profissionais da Companhia. É com tal experiência, refletida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. nesse contexto, o E&P através do Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P. realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação e reciclagem dos empregados. A concepção pedagógica dos cursos, além de contemplar os aspectos tecnológicos tem uma preocupação constante com os aspectos relacionados à preservação da Saúde, Meio Ambiente e Segurança de todos os envolvidos em seus processos produtivos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é. Programa alta Competência sumáriosumário Capítulo 1 - Perfuração de poços de petróleo 1. Perfuração de poços de petróleo 13 1.1. Tipos de sondas plataformas 14 1.2. Perfuração com equipamento de superfície 14 1.2.1. Características da operação 14 1.2.2. início de poço 14 1.2.3. Perfuração com sondas terrestres 15 1.2.4. Sequência da perfuração de um poço com sonda terrestre 16 1.2.5. Programa de perfuração de poço com sonda terrestre 19 1.3. Plataformas fixas - SM e autoelevatórias - PA 22 1.3.1. Plataformas fixas - SM (sondas moduladas) 22 1.3.1.1. Características da operação 23 1.3.2. Plataformas autoelevatórias - PA (JACK UP) 26 1.3.2.1. Características da operação 27 1.3.2.2. Projeto de perfuração de poço com sonda JACK-UP (PA) 28 1.4. Perfuração com equipamentos submarinos (plataformas flutuantes) 30 1.4.1. Cabeça de poço em sondas flutuantes 32 1.4.2. início do poço para plataformas flutuantes 33 1.4.2.1. Sistema com cabo-guia (passo-a-passo) 33 1.4.2.2. Sistema sem cabo-guia 37 1.5. Classificação dos poços de petróleo 41 1.5.1. Quanto à finalidade 41 1.5.2. Quanto à profundidade 42 1.5.3. Quanto ao percurso 42 1.6. Operações normais de perfuração 43 1.6.1. Perfuração 43 1.6.2. Manobra 44 1.6.3. Conexão 45 1.6.4. Circulação 46 1.6.5. Descida do revestimento 46 1.6.6. Cimentação 47 1.6.7. Perfilagem 47 1.6.8. Testemunhagem 47 1.7. Exercícios 48 1.8. Bibliografia 52 1.9. Gabarito 53 lista de figuras Figura 1 - retirada do Livro: Fundamentos de Engenharia de Petróleo Organizador: José Eduardo Thomas Figura 4.51 pág. 114 14 Figura 2 - retirada da apresentação do curso: Equipamentos de Poço instrutores: Carlos Francisco,Gurgel de Castro e Wallace Lima 15 Figura 3 - retirada da apresentação do curso: Equipamentos de Poço instrutores: Carlos Francisco, Gurgel de Castro e Wallace Lima 16 Figura 4 16 Figura 5 17 Figura 6 17 Figura 7 18 Figura 8 18 Figura 9 23 Figura 10 24 Figura 11 26 Figura 12 - retirada da coluna de assentamento da BGT 33 Figura 13 - Perfuração da fase 1 (36”) 33 Figura 14 - Descida do revestimentode 30” e BGP 34 Figura 15 - Descida do revestimento de 30” e BGP 34 Figura 16 - Perfuração da fase 26” 35 Figura 17 -Perfuração da fase de 26” sem retorno para a superfície 35 Figura 18 - Cabeça de poço GL antes da descida do BOP 36 Figura 19 - BOP é descido e encaixado no housing de alta pressão 36 Figura 20 - Baja/condutor 30" E BHA de jateamento 37 Figura 21 - Descida da baja/condutor 30” e BHA de jateamento 37 Figura 22 - Jateamento do revestimento de 30” até assentamento da baja no fundo do mar 38 Figura 23 - Perfuração da fase de 26” sem retorno para a superfície 38 Figura 24 - retirada da coluna de jateamento 39 Figura 25 39 Figura 26 - Cabeça de poço GLL antes da descida do BOP 40 Figura 27 - BOP é descido e assentado no housing de alta pressão 40 Figura 28 - Após a descida do BOP, a plataforma fica conectada ao poço através da coluna de riser 41 Figura 29 - Tipos de poços no que se refere à tragetória 42 Figura 30 - Tipos de poços direcionais 43 Figura 31 44 Figura 32 45 Figura 33 46 C ap ít u lo 1 Perfuração de poços de petróleo 12 Alta Competência 13 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 1. Perfuração de poços de petróleo A elaboração de um projeto de poço é uma das etapas de planejamento para sua construção, na qual é realizado o detalhamento das fases de perfuração e completação. independentemente do tipo de poço a ser perfurado, o detalhamento dessas etapas é de grande importância para a determinação do tempo e do custo de poço e, consequentemente, para a avaliação de sua viabilidade técnica e econômica. Quanto melhor o planejamento de um poço, maiores serão as chances de se obter sucesso. nesse contexto, sucesso significa atingir os objetivos do projeto, respeitando as normas de segurança e meio ambiente vigentes e os prazos a custos compatíveis com o mercado. Um poço é dividido em fases, sendo cada fase determinada pelo diâmetro da broca utilizada na perfuração. Tipicamente, o poço é composto pelas fases de 36” (perfurada com broca de 26” e alargador de 36” ),26”, 17 ½”,12 ¼” e 8 ½”, eventualmente serão perfurados poços Slim Hole. Em geral, após cada fase ser finalizada, é descida uma coluna de revestimento para proteger as formações e permitir que um peso adequado de fluido de perfuração seja utilizado na fase seguinte. 14 Alta Competência 1.1. Tipos de sondas plataformas Figura 1 - retirada do Livro: Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Organizador: José Eduardo Thomas Figura 4.51 pág. 114 1.2. Perfuração com equipamento de superfície 1.2.1. Características da operação Para a realização de perfuração de poços terrestres ou marítimos com equipamento de superfície, é necessária a utilização de unidades de perfuração fixadas em cima de uma subestrutura, montada em uma locação terrestre ou apoiadas no fundo do mar. 1.2.2. Início de poço O início de poço depende do tipo de equipamento a ser • utilizado; Em SS (semissubmersível) e nS (navio-sonda) o início é igual;• Em SM (sondas moduladas) e PA (plataforma autoelevável) o • início é semelhante; Em sonda terrestre, o início é diferente de SS, nS, SM e PA.• 15 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 1.2.3. Perfuração com sondas terrestres Início do poço• Para a realização de perfuração de poços com sondas terrestres são necessários alguns procedimentos operacionais, tais como: a) Uma vez determinada pela geologia a locação onde será efetuada a perfuração do poço, uma equipe se deslocará para o local, onde será iniciado a preparação da locação, através de trabalhos de terraplanagem e nivelamento do solo. b) Preparação do antepoço: escavação de um buraco em formato quadrado, medindo três metros x três metros, com profundidade de aproximadamente dois metros. Figura 2 - retirada da apresentação do curso: Equipamentosde Poço. instrutores: Carlos Francisco,Gurgel de Castro e Wallace Lima c) Cravação do condutor; o tubo condutor utilizado na perfuração com sondas terrestres, geralmente é o tubo condutor de 20”, cravado com bate estacas, até atingir o ponto de nega. 16 Alta Competência Figura 3 - retirada da apresentação do curso: Equipamentos de Poço. instrutores: Carlos Francisco, Gurgel de Castro e Wallace Lima d) Montagem da sonda de perfuração, instalação dos equipamentos do sistema de circulação, almoxarifado de material químico, casa de força, oficinas de solda, elétrica e mecânica, containeres com escritórios e alojamento para o pessoal, instalação da unidade de acionamento do BOP etc. 1.2.4. Sequência da perfuração de um poço com sonda terrestre FASE-01: Antepoço cavado para início da perfuração do poço, com base para assentamento da sonda que pode ser concretada ou não. Condutor de 20” cravado. O condutor atinge uma profundidade de aproximadamente 20m ,o ponto de nega. Figura 4 17 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo FASE-02: Perfuração da fase de 17.1/2”, e a descida do revestimento de 13 3/8”. Chamado de revestimento de superfície, essa fase do poço atinge no máximo 400 m. Figura 5 FASE-02: Cimentação do revestimento de 13 3/8”, e a instalação da cabeça de revestimento. O objetivo dessa cimentação é dar suporte mecânico aos equipamentos de superfície que serão assentados nesse revestimento, ancorar os próximos revestimentos e também proteger o lençol freático de possíveis contaminações pelo fluido de perfuração. Figura 6 18 Alta Competência FASE-03: Perfuração com broca 12 1/4” e a descida do revestimento de 9 5/8”, seguida da perfuração da fase de 8 ½”. Figura 7 FASE-04: Descida e cimentação do revestimento de 7”, a perfuração do poço está concluída. Próxima etapa é a completação do poço. A cimentação nessa fase é necessária para isolar as zona produtoras e produzir seletivamente. Figura 8 19 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 1.2.5. Programa de perfuração de poço com sonda terrestre O programa do poço contém informações importantes para o operador - executor do poço. Veja abaixo algumas informações contidas nesse programa: Perfil litológico – descreve as formações esperadas de serem • atravessadas durante a perfuração e seus topos e bases; Pressões das formações a serem perfuradas;• Profundidades de assentamento das sapatas;• Programa de brocas a serem utilizadas durante a perfuração;• Parâmetros a serem utilizados durante a perfuração;• Tipos de fluidos utilizados durante a execução do poço;• informa prováveis problemas que podem ocorrer durante os • trabalhos de perfuração; informa os poços de correlação e problemas ocorridos neles;• Descreve as composições de coluna para as diversas fases do • poço; Determina as pressões de teste de BOP e procedimento para • testes de absorção; informa o programa de revestimento e cimentação das diversas • fases do poço; raio de tolerância de afastamento máximo do objetivo;• Objetivos da perfuração.• 20 Alta Competência Exemplo de programa de poço: Projeto de perfuração do poço: 7-MGP-77D-BA Sonda: SC-105 - MOD: nATiOnAL 110 EU Locação: MGP-701 - 8637-587 Área: Miranga Profundo - Campo: Miranga Profundidade: 2.761m 34 dias de perfuração (10dias DMM) Mesa rotativa: Altura: 9,40m Altitude: 105,58m BAP: 96,18m Coordenadas UTM (MC=39ºW) Base: n=8.637.238,82m E=587.340,90m Alvo: n=8.637.040,00m E=587.130,00m Objetivos: Formação Maracangalha (Mb. Caruaçu ) Finalidade: Produção de gás. Otimização da drenagem dos reservatórios pertencentes ao Mb. Caruaçu da Fm. Maracangalha. 21 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Fases da Perfuração: Fase - 0: cravação. Cravar tubo condutor de 20” OD x 5/8”. Fase - i: da superfície até 400 metros. Perfurar com broca de 17.1/2”, até a profundidade de 400m, com a seguinte composição de perfuração: Br/XO/DC9.1/2”/STB17.1/2”/DC9.1/2”/STB17.1/2”/DC9.1/2”/XO/ MOnEL8”/5DC7.3/4”/XO/3DC6.3/4”/6HW5”/DP5” OBS: atingida a profundidade final da fase, condicionar o poço para descida do revestimento de 13.3/8” OD, e cimentá-lo, conforme programa de revestimento e cimentação anexo. Fase - ii: de 400 até 1400 metros. Descer coluna com broca de 12.1/4” até o topo do cimento e testar o revestimento. Prosseguir a perfuração com a composição das colunas definidas pelo técnico de direcional. Fase - iii: de 1.400 Até 2.761 Metros. Descer coluna com broca de 8.1/2” até o topo do cimento e testar o revestimento. Prosseguir a perfuração com a composição das colunas definidas pelo técnico de direcional. OBS: Atingida a profundidade final do poço, condicionar o poço para a perfilagem final: Perfis; indução/Gr/Caliper, em todo o poço aberto. Perfis; Densidade e neutrão nas zonas de interesse com hidrocarbonetos. Após a perfilagem final, condicionar o poço para a descida do revestimento de 7” e cimentá-lo conforme o programa de revestimento e cimentação do poço. 22 Alta Competência 1.3. Plataformas fixas - SM e autoelevatórias - PA Em plataformas apoiadas no fundo do mar (plataformas fixas e autoelevatórias) o revestimento condutor pode ser cravado com o auxílio de um bate-estacas ou pode ser cimentado num poço perfurado com broca e alargador, sendo que, nesse caso, o retorno do cascalho se dá para o fundo do mar. A partir da instalação do condutor, que se estende até a plataforma, a perfuração da próxima fase é feita com retorno de fluido de perfuração para a superfície, mais especificamente para o flowline. O sistema de cabeça de poço no mudline (fundo do mar) permite ancorar os revestimentos após a cimentação, abandonar o poço e retornar a ele (tie-back) quando necessário. Em todo caso, mesmo com os revestimentos ancorados no fundo do mar, há a necessidade de um cabeçal de superfície, que tem a função de vedação secundária e de sustentação do peso dos revestimentos que se encontram acima do fundo do mar. Se o poço não for completado para produção logo após a perfuração, ele será tamponado e abandonado temporariamente. 1.3.1. Plataformas fixas - SM (sondas moduladas) Características: L.a. rasas - aproximadamente 200m;• A jaqueta é lançada e encaixada em estacas no fundo do mar; • Em seguida, os módulos são colocados sobre a jaqueta; • Os poços podem ser perfurados antes ou depois da instalação da • jaqueta; não é necessário compensador de movimentos.• 23 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Figura 9 1.3.1.1. Características da operação As plataformas marítimas utilizadas para perfuração de poços com equipamento de superfície operam com algumas restrições em relação à lâmina d’água. Devido às características dessas plataformas, as mesmas são limitadas a aproximadamente 150 metros de profundidade, por não haver movimentos da plataforma em relação ao fundo do mar, as operações de perfuração são semelhantes às perfurações realizadas por unidades de perfuração terrestre. A coluna de revestimento em cada poço se estende até a superfície, onde fica instalado o conjunto BOP (ESCP – Equipamentos de Segurança de Cabeça de Poço). As plataformas fixas instaladas sobre jaquetas foram as primeiras unidades de perfuração marítimas utilizadas para a perfuração de poços. São estruturas moduladas instaladas no local de operação, com estacas cravadas no fundo do mar. Dessas plataformas são perfurados 24 Alta Competência vários poços, sendo um vertical e os demais direcionais, de modo a atingir, em diferentes pontos, a zona de interesse, ou diferentes zonas de interesse. na Bacia de Campos, as Sondas Moduladas utilizam um template em sua subestrutura, o que permite a perfuraçãode vários poços na mesma plataforma. Módulos Convés Estacas Jaqueta Lâ m in a d ´á g u a Figura 10 25 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo As cabeças de revestimento e os carretéis utilizados no mar, quanto ao aspecto e funcionamento, são idênticos aos equipamentos utilizados em terra. Os sistemas de cabeça de poço que não necessitam de qualquer tipo de desconexão ao nível do mudline são aqueles utilizados na perfuração de poços após o lançamento da jaqueta. Esse tipo de perfuração traz dois grandes inconvenientes: 1 - É necessário aguardar a fabricação da jaqueta para perfuração dos poços; 2 - A estrutura deve ser robusta o suficiente para suportar a sonda especificada para a perfuração (Sonda Modulada). Para executar essas operações (basicamente, o ponto mais crítico é o manuseio das colunas de revestimentos) e o peso acumulado de todos os trechos não cimentados dessas colunas. Para se desenvolver um campo offshore com a utilização de uma Sonda Modulada são necessários tempo e estudos detalhados de engenharia, para se chegar à construção da jaqueta. Esse tipo de desenvolvimento, com base em plataformas fixas, pode levar quatro ou cinco anos: estudo, instalação, perfuração, completação, conexão e produção. Geralmente os estudos de viabilidade técnica e econômica (EVTE) sugerem a explotação de um campo offshore com a instalação de jaqueta em águas consideradas rasas, já que o aumento da lâmina d’água eleva exponencialmente o custo de aquisição e instalação da plataforma. O custo de manutenção da produção é sempre inferior para plataformas fixas (e completações secas), quando comparadas com completações com árvore de natal molhada (AnM). 26 Alta Competência 1.3.2. Plataformas autoelevatórias - PA (JACK UP) Figura 11 Características: • Fornece uma plataforma de perfuração fixa não afetada pelas condições de tempo; • Permite posicionamento em áreas com restrições no fundo do mar; • Baixo custo comparadas a NS e SS; • Perfura em lâmina d´água de até 120m; • Não é necessário compensador de movimentos; • Tem como desvantagem pouco espaço e capacidade de estocagem e carregamento; • Tem o inconveniente de depender das condições de mar para posicionamento e saída dos poços. 27 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 1.3.2.1. Características da operação As plataformas autoeleváveis (PAs) são constituídas basicamente de uma balsa equipada com estruturas de apoio ou pernas, que acionadas mecânica ou hidraulicamente movimentam-se para baixo, até atingir o fundo do mar. Em seguida, inicia-se a elevação da plataforma acima do nível da água, a uma altura segura e fora da ação das ondas. São plataformas móveis, sendo transportadas por rebocadores ou com propulsão própria, destinadas à perfuração de poços exploratórios na plataforma continental, em lâminas d´água que variam de 5 a 130 metros. Devido à estabilidade dessa unidade, as operações de perfuração são semelhantes às realizadas em terra. Os revestimentos são assentados no fundo do mar e estendidos até a superfície, abaixo da subestrutura, onde é conectado o equipamento de segurança e controle de poço (ESCP), similar ao utilizado em terra. Estatisticamente, esse é o tipo de unidade de perfuração marítima que tem sofrido o maior número de acidentes. As operações de elevação e abaixamento são críticas e sofrem bastante influência das condições de tempo e mar. nos deslocamentos, apresentam dificuldades quanto ao reboque e, para grandes movimentações, devem ser retiradas seções das pernas para melhorar a estabilidade. Em poços perfurados com plataformas autoelevatórias, os sistemas de suspensão de fundo de mar nos permitem ancorar os revestimentos logo após a cimentação, abandonar o poço e retornar a ele quando necessário. Essa operação de retorno é denominada tie-back. Apesar dos revestimentos estarem ancorados no fundo do mar, isso não significa, contudo, que não haverá um cabeçal de superfície. Esse porém, terá apenas a função de vedação secundária e de sustentação do peso dos tubos de revestimentos que se encontram acima do fundo do mar (riser), além de apoiar o BOP durante a perfuração do poço. Excetuando-se a operação de assentamento dos revestimentos ao nível do mudline, o restante das operações de execução do poço é bastante semelhante à perfuração terrestre. 28 Alta Competência Com as colunas de revestimentos sendo ancoradas no fundo do mar, isso evita sobre carregamento da estrutura da plataforma, visando garantir sua estabilidade e facilidade de abandono dos poços. As cabeças de revestimento e os carretéis utilizados no mar, quanto ao aspecto e funcionamento, são idênticos aos equipamentos utilizados em terra. 1.3.2.2. Projeto de perfuração de poço com sonda JACK-UP (PA) Projeto de perfuração do poço: 7-MnT-1-BAS Sonda: PA-29 nOrTH STAr i Mod:national 1320 DE Locação: MnT-749-8510-519 (LOC 2C) Área: Camamu Município: Cairú Profundidade: 1676m 48 dias de perfuração (8 dias DMM) Mesa rotativa: Altura 22 m, Lâmina d’água = 40m Coordenadas UTM (MC=39ºW) BASE: n=8.510.445m E=519.970m Coordenadas geográficas: Base: Lat 13°28’29.612” S - Long: 38°48’49.770” W Objetivos: Principal: Arenitos da formação Sergi, Secundário: Arenitos das formações rio de Contas, Morro do Barro e itaípe. Finalidade: Produção de gás não associado. Afastamento máximo: 100m em todas as direções, no cilindro do topo da Fm. Sergi ao contato Gás/Água. 29 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Fases da perfuração: Fase - i Þ DA SUPErFÍCiE ATÉ 156 M Perfurar com broca de 26” até atingir 156m de prof. Com esta coluna de perfuração: Br 26”/XO/DC9.1/2”/STB25.1/2”/2DC9.1/2”/ XO/3DC7.3/4/XO/3DC6.3/4/HW5”. Condicionar o poço e alargar para 36” até 70 m, (8 m abaixo do fundo do mar) com hole opener de 36”, utilizando a seguinte coluna: Br26”/ XO/DC9.1/2”/XO/HO36”/2DC9.1/2”/XO/3DC7.3/4”/XO3DC6.3/4”/ HW5”. Após o alargamento, descer a mesma coluna (coluna - 1), sem hole opener de 36” e condicionar o poço. Observações: recomenda-se ajustar a profundidade final da fase em 156 m, com a medida dos tubos e acessórios de cimentação de 20”, e tal modo que a sapata flutuante de 20” fique posicionada 10m acima do fundo do poço, e o conector tipo Quick Stab de 30” do sistema de cabeça de poço do tipo Mud Line para plataformas autoelevatórias fique 1,7m acima da mudline. nesta fase, perfurar com água do mar (conforme programa anexo), taxa de penetração entre 6 e 10 m/h e vazão entre 150 e 250 GPM. Antes de retirar a coluna para descida do revestimento de 20" OD, deslocar um tampão viscoso de 1,5 a 2 vezes o volume do poço, para limpeza do poço. 30 Alta Competência 1.4. Perfuração com equipamentos submarinos (plataformas flutuantes) numa plataforma flutuante todo o sistema de cabeça de poço fica localizado no fundo do mar. Dessa forma, as cargas provenientes da ancoragem dos revestimentos intermediários e de produção são absorvidos pelo condutor e revestimento de superfície que, por sua vez, pode descarregar parte dessa carga sobre bases especiais que trabalham como fundação submarina para o poço. O mesmo ocorre com as cargas provenientes dos equipamentos de segurança e controle do poço durante a perfuração e com os equipamentos de controle da produção, após a completação do poço. Os sistemas de cabeça de poço submarino para unidades de perfuração flutuantes podem ser de dois tipos: sistema com cabos guias (Guideline System) e sistema sem cabos-guias (Guidelineless System). O sistema com cabos guias é mais utilizado para perfuração de poços em lâminas d´água até cerca de 400 m. O primeiro equipamento a ser descido ao fundo do mar é a BGT (baseguia temporária), cuja função é ancorar quatro cabos de aço para prover um guia primário efetivo para o início da perfuração do poço Após o assentamento da BGT, é descida a coluna de perfuração, constituída de broca de 26” e alargador de 36” para perfuração da primeira fase do poço. A fase é perfurada com água do mar e retorno dos cascalhos diretamente para o fundo do mar. Após a perfuração do poço de 36", é descido o condutor de 30”, juntamente com a BGP (base guia permanente). O conjunto BGP, alojador e condutor de 30”, é montado na superfície e descido simultaneamente no poço de 36”. Em seguida, é cimentado o condutor de 30” em toda a sua extensão. Logo após, tem início a perfuração da fase seguinte, com broca de 26”, utilizando também água do mar e com retorno dos cascalhos para o fundo do mar. 31 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Após a perfuração do poço de 26”, é descido e cimentado o revestimento de 20”, que recebe na extremidade superior um alojador de alta pressão. Esse alojador tem como funções promover a integração do revestimento de superfície com os demais componentes, permitir a conexão dos equipamentos de segurança e controle de poço, servir de sede para os suspensores dos revestimentos intermediários e de produção e conectar os equipamentos de produção na fase de produção do poço. O alojador de alta pressão é usualmente especificado com diâmetro interno nominal de 18 ¾” e pressão de trabalho de 10.000 psi. Em geral, é dimensionado para receber três suspensores com diâmetros nominais internos de 13 ⅜”, 9 ⅝” e 7”. Após a cimentação do revestimento de superfície, descem e são conectados o BOP e o riser, que permitirão a perfuração das fases seguintes até a conclusão do poço. nem sempre a completação e produção do poço ocorrem ao final de sua perfuração. Assim, para possibilitar a saída da plataforma de perfuração e manter a cabeça de poço em condição de reutilização, uma capa de abandono é instalada. A capa de abandono reveste o topo do alojador de alta pressão, protegendo as áreas de vedação contra a ação do meio ambiente e quedas de equipamento ou material durante a movimentação da plataforma. Essa capa pode ser instalada por mergulhadores ou com ferramentas próprias, utilizando-se de cabos guias para facilidade de assentamento. O sistema sem cabos guias é utilizado para operações em lâminas d’água profundas com unidades flutuantes dotadas de sistema de posicionamentto dinâmico. O solo marinho em lâminas d’água profundas apresenta-se, em geral, pouco consolidado e sem estabilidade para a BGT e para o poço, durante a perfuração da primeira fase. O sistema desenvolvido pela Petrobras acrescenta um tubulão, usualmente com 46” ou 42” de diâmetro externo, que desce conectado à BGT. Esse conjunto BGT/ tubulão é descido até o fundo do mar, onde o tubulão é assentado com 12 a 14 metros de profundidade, utilizando-se um processo de jateamento da área interna inferior do mesmo. 32 Alta Competência A ferramenta de assentamento da BGT foi desenvolvida de modo a permitir a perfuração do poço de 36” após o assentamento do tubulão, sem a necessidade de retirada da coluna. As principais diferenças implementadas nas BGP guidelineless são na forma e tamanho. Essas são maiores e mais altas, para facilitar a sua localização, e possuem estrutura guia em forma de funil. não possuem os postes guias que compõem as BGP guideline e são mais resistentes, como consequência dos maiores esforços impostos pela longa coluna de riser. Os alojadores de alta pressão utilizados em sistemas para águas profundas diferem dos similares convencionais apenas na especificação do diâmetro nominal interno. na medida em que cresce a lâmina d’água aumentam os esforços atuantes sobre a coluna de riser. Para solucionar esse problema, são empregadas colunas de menor diâmetro, possibilitando a redução do diâmetro nominal do alojador de alta pressão para 16 ¾”. A diminuição do diâmetro nominal do alojador ocorreu em grande parte porque as primeiras unidades flutuantes com posicionamento dinâmico eram navios-sonda e possuíam capacidade reduzida de carga. Os demais equipamentos e componentes empregados nos sistemas guidelineless, tais como suspensores, elementos de vedação e capa de abandono são estruturais e conceitualmente idênticos aos usados nos sistemas guideline. 1.4.1. Cabeça de poço em sondas flutuantes nas plataformas flutuantes, conforme já mencionado, os equipamentos que compõem a cabeça do poço ficam instalados no fundo do mar, distantes da plataforma. Essa maior distância e a impossibilidade de abandono do local em curto espaço de tempo conduziram a uma série de modificações 33 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo nesses equipamentos , tornando-os mais seguros e confiáveis. Para fazer face aos esforços extras a que estão submetidos, os conjuntos BOP submarinos têm seus componentes integrados em uma estrutura que apresenta maior resistência e confiabilidade, compondo o BOP stack. 1.4.2. Início do poço para plataformas flutuantes 1.4.2.1. Sistema com cabo-guia (passo-a-passo) 2 Figura 12 - retirada da coluna de assentamento da BGT 3 Figura 13 - Perfuração da fase 1 (36”) 34 Alta Competência 4 rev.30” Figura 14 - Descida do revestimento de 30” e BGP Figura 15 - Descida do revestimento de 30” e BGP 35 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 5 rev.30” BGP Figura 16 - Perfuração da fase 26” BGP BUT Figura 17 - Perfuração da fase de 26” sem retorno para a superfície 36 Alta Competência Figura 18 - Cabeça de poço GL antes da descida do BOP 7 Rev.30” Rev.30” BOP Riser Figura 19 - BOP é descido e encaixado no housing de alta pressão 37 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 1.4.2.2. Sistema sem cabo-guia corpo da base Figura 20 - Baja/condutor 30" E BHA de jateamento 2 Baja rev. 30” Motor de fundo Broca 26” Figura 21 - Descida da baja/condutor 30” e BHA de jateamento 38 Alta Competência 3 Baja rev. 30” Figura 22 - Jateamento do revestimento de 30” até assentamento da baja no fundo do mar 4 Poço 26” rev. 30” Figura 23 - Perfuração da fase de 26” sem retorno para a superfície 39 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 5 Poço 26” rev. 30” Figura 24 - retirada da coluna de jateamento Figura 25 - Assentamento e cimentação do revestimento de 20” HSG 16 3/4” Rev. 30” Rev. 20” 6 40 Alta Competência Figura 26 - Cabeça de poço GLL antes da descida do BOP Riser BOP Rev. 30” Rev. 20” 7 Figura 27 - BOP é descido e assentado no housing de alta pressão 41 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Track Swivel Derrick Kelly Rotary table BOP control nose reels Telescopic joint Riser pipe Ball joint Diverter Derrick floor Choke and kill lines Annular preventer Guide frame Ram type preventers Control Par (S) Conector Guide line Riser tensioning lines Guide line tensioners Riser tensioners Shear type preventer Wellnead conector Permanent guide structure Hook Drill string compensation Figura 28 - Após a descida do BOP, a plataforma fica conectada ao poço através da coluna de riser 1.5. Classificação dos poços de petróleo 1.5.1. Quanto à finalidade na Petrobras, os poços são classificados de acordo com a sua finalidade. Assim, temos: Tipos de poços Características / finalidades Exploratórios (wildcat) Poço para pesquisar um possível reservatório, mas não se tem a certeza da existência de hidrocarbonetos no seu objetivo. Estratigráficos ou estruturais Avaliar as litologias na subsuperfície e realizar o conhecimento geológico da área.42 Alta Competência Tipos de poços Características / finalidades Extensão Exploratório de delimitação de reservatório. Podem também explorar jazidas adjacentes ao reservatório conhecido. Desenvolvimento Quando se encontra petróleo, são perfurados para produção do campo. Injeção Aumentar a produtividade e longevidade dos campos de petróleo. Injeta-se nos reservatórios fluidos diversos (água, gás, vapor de água, outros). Especiais Possuem outra finalidade, diferente das anteriores. Por exemplo, os poços-piloto, poços que vão permitir a perfuração dos poços de desenvolvimento ou de injeção. 1.5.2. Quanto à profundidade raso - Poço com a Profundidade final menor que 1.500 m;• Médio - Poço com Profundidade final entre 1.500 a 2.500 m;• Profundos - Poço com a Profundidade final maior que 2.500 m.• 1.5.3. Quanto ao percurso Horizontal DirecionalVertical Figura 29 - Tipos de poços no que se refere à trajetória 43 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Vertical - quando a sonda e o objetivo se encontram sob a • mesma reta vertical; Direcional - quando a sonda não está na mesma reta vertical • do objetivo; 1º KOP 2º KOP KOP KOP KOP Afastamento Comprimento Entrada do obj. do trecho horizontal Raio longo com dois trechos de ganho de inclinação Raio longo com um trechos de ganho de inclinação Raio médio Raio curto Figura 30 - Tipos de poços direcionais Horizontal - caso particular de poço direcional é aquele que • permanece um longo trecho na horizontal ou muito próximo da horizontal. A parte horizontal desse poço fica dentro da zona produtora. 1.6. Operações normais de perfuração Durante a perfuração de um poço de petróleo, são realizadas atividades diversas, conforme descrito anteriormente. Essas atividades são consideradas normais. Entretanto, ocorrem somente em alguns momentos da perfuração. Dentre essas atividades, podemos destacar as seguintes: 1.6.1. Perfuração A perfuração é a etapa na qual ocorre um aumento na profundidade do poço. Se caracteriza pela aplicação de peso e rotação sobre a broca e pela circulação de fluido. 44 Alta Competência O peso e a rotação sobre a broca tem a função de destruir as rochas, já o fluido retira os cascalhos gerados pela broca e o transporta para a superfície. Figura 31 1.6.2. Manobra Operação composta pela retirada ou descida de tubos, por seção, para realizar determinada tarefa. É chamada de manobra completa ou simplesmente de manobra, quando toda a coluna é retirada e em seguida reposta no poço. Situação rotineira que exige uma manobra completa é a troca da broca ou reconfiguração do BHA. Quando só se retira a coluna ou só se desce esta, a operação é chamada de meia manobra. Quando se retira a coluna de perfuração só até determinado trecho, normalmente até a sapata do revestimento ou onde a broca atual iniciou a perfuração, para checar as condições do poço, a operação é denominada manobra curta. 45 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo Figura 32 1.6.3. Conexão Quando o topo do kelly (ou o motor, no caso de top drive) atinge a mesa rotativa, é necessário acrescentar um novo tubo de perfuração à coluna. Essa operação é chamada conexão e, no caso de perfuração normal, se realiza do seguinte modo: O tubo a ser acrescentado é colocado em local apropriado • junto à mesa rotativa (vide próxima Figura A). Eleva-se o kelly até o primeiro tubo de perfuração aparecer e coloca-se a cunha na coluna para que o seu peso fique sustentado pela mesa rotativa. Desconecta-se o kelly da coluna, conectando-o ao tubo de perfuração a ser adicionado (vide próxima Figura B). Eleva-se o conjunto kelly - tubo de perfuração, conectando-o novamente à coluna (vide próxima Figura C). retira-se a cunha e desce-se a coluna até o kelly encaixar-se na mesa rotativa e volta-se a perfurar (vide próxima Figura D) no caso de perfuração com top drive a operação é semelhante. 46 Alta Competência Figura 33 - na perfuração convencional o poço é perfurado de tubo em tubo, aproximadamente, (9 metros) já na perfuração com top-drive a perfuração é feita de seção em seção (28 metros). 1.6.4. Circulação Consiste na injeção do fluido de perfuração com o auxílio da bomba de lama para deslocá-lo através das linhas de superfície, tubo bengala, “swivel” e interior da coluna até a broca, retornando pelo anular até o “flowline” e as peneiras de lama. Essa operação ocorre de forma simultânea à perfuração do poço. normalmente, ao término da perfuração de uma fase do poço, é feita uma circulação de fluido com o objetivo de garantir a limpeza do poço, facilitando a execução das etapas seguintes, que podem ser perfilagem ou descida do revestimento do poço. 1.6.5. Descida do revestimento Após a perfuração do poço de petróleo, é necessário revestir o poço para permitir o controle da produção de hidrocarbonetos e o isolamento de zonas com diferentes fluidos. Para isso, são introduzidos no poço tubos de aço, chamados de revestimento, podendo ser da superfície até o fundo do poço ou em fases isoladas - liners. 47 Capítulo 1. Perfuração de poços de petróleo 1.6.6. Cimentação Após a descida do revestimento, é realizada a cimentação do poço, que consiste em bombear um volume calculado de pasta de cimento pelo interior do revestimento até chegar ao final do poço e posicioná- la no espaço anular entre o poço e o revestimento. O objetivo da cimentação é garantir maior estabilidade do revestimento, isolar zonas com diferentes fluidos e permitir colocar o poço em produção de forma controlada. 1.6.7. Perfilagem É uma operação realizada ao término da perfuração do poço ou de determinada fase na qual descem ferramentas específicas para obtenção de informações adicionais sobre as características da formação perfurada. Analisando essas informações, é possível compreender melhor o reservatório e traçar um melhor plano de desenvolvimento do campo. A perfilagem normalmente é realizada em poços exploratórios. 1.6.8. Testemunhagem É outra operação realizada para trazer maiores subsídios para a geologia. É realizada quando se deseja obter uma amostra preservada da formação. Usa-se uma broca especial, chamada coroa, que perfura a formação, preservando um cilindro que é trazido até a superfície para ensaios de permeabilidade, porosidade e análise de fluidos presentes na rocha etc. 48 Alta Competência 1.7. exercícios 1) Assinale V para as alternativas verdadeiras e F para as alternativas falsas. ( ) Uma das etapas de planejamento para a construção é a ela- boração de um projeto de poço, no qual é realizado o deta- lhamento das fases de perfuração e completação. ( ) Sucesso no planejamento significa atingir os objetivos do projeto, respeitando as normas de segurança e meio am- biente vigentes e os prazos e custos compatíveis com o mercado. ( ) As fases de um poço são determinadas pelo diâmetro da broca utilizada na perfuração. ( ) Tipicamente, o poço é composto pelas fases de 36” (perfu- rado com broca de 36” e alargador de 26”). ( ) Para a realização de perfuração de um poço com sonda terrestre ou marítimos com equipamento de superfície, é necessária a utilização de unidades de perfuração fixadas em cima de uma subestrutura, montada em uma locação terrestre ou apoiadas no fundo do mar. 2) relacione as fases de perfuração de um poço com sonda terrestre na primeira coluna com suas características na segunda: Fases Características ( A ) Fase – “0“ Condutor ( ) Chamada de revestimento de su- perfície, essa fase do poço atinge no máximo 400m. ( B ) 1ª Fase superfície ( ) Perfuração com broca 12 1/4” e a descida do revestimento de 9 5/8”, seguida da perfuração da fase 8 1/2”. ( C ) 2ªFase intermediário ( ) O condutor atinge uma profundi- dade de aproximadamente 20m, o ponto de nega. ( D ) 3ª Fase produção ( ) A cimentação nessa fase é neces- sária para isolar as zonas produ- toras e produzir seletivamente. 3. O que é perfil litológico? Exercício 49 3) O que é perfil litológico? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4) Complete as lacunas com os termos em negrito no que diz respeito às características das plataformas fixas – SM e autoelevatórias – PA. Plataformas fixas – SM Auto-elevatórias – PA. • Permitem posicionamento em áreas com restrições no fundo do mar; • A jaqueta é lançada e encaixada em estacas no fundo do mar; • Os poços podem ser perfurados antes ou depois da instalação da jaqueta; • Perfuram uma lâmina d’água de até 120m; • Têm como desvantagem pouco espaço e capacidade de estocagem e carregamento; • L.a. Rasas – aproximadamente 200m. 50 Alta Competência 5) Quais são os sistemas de cabeça de poço submarinos para unidades de perfuração flutuantes e qual o mais utilizado para perfuração de poços de lâmina d’água de até 400m? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________ 6) Coloque em ordem cronológica os procedimentos de perfuração com equipamentos submarinos. 1º ( ) Após a perfuração do poço de 36”, é descido o condu- tor de 30”, juntamente com a BGP; 2º ( ) Após a cimentação de revestimento de superfície, des- cem e são conectados o BOP e o riser, que permitirão a perfuração das fases; 3º ( ) Descida ao fundo do mar do BGT, cuja função é ancorar quatro cabos de aço para prover um guia primário efe- tivo para o início da perfuração do poço; 4º ( ) Após a perfuração de 26”, é descido e cimentado o re- vestimento de 20”, que recebe na extremidade superior um alojador de alta pressão. 7) relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda: Tipos de poços Características e finalidades ( A ) Exploratórios ( ) Aumentar a produtividade e lon- gevidade dos campos de petróleo. injeta-se nas reservatórias fluidos diversos. ( B ) Estratigráficos ( ) Avaliar as litografias na superfície e realizar o conhecimento geológico da área. ( C ) Desenvolvimento ( ) Poço para pesquisar um reserva- tório, mas não se tem a certeza da existência de hidrocarbonetos no seu objetivo. ( D ) injeção ( ) Quando se encontra petróleo, são per- furados para a produção do campo. Exercício 51 8) Complete as características a seguir com suas respectivas etapas em negrito. a) Operação composta pela retirada ou descida de tubos, por se- ção, para realizar cada tarefa. __________________________ b) Operação de acréscimo de um novo tubo de perfuração à co- luna, quando o topo do Kelly (ou o motor, no caso do top drive) atinge a mesa rotativa. _________________________ c) É a etapa na qual ocorre um aumento na produtividade (Pro- fundidade) do poço. _______________________ d) Operação que ocorre simultaneamente à perfuração do poço. _______________________ e) Consiste em bombear um volume calculado de pasta de ci- mento pelo interior do revestimento até chegar ao final do poço e posicioná-la no espaço anular entre o poço e o revestimento. ______________________ Perfuração - Manobra - Conexão - Circulação - Cimentação 52 Alta Competência Equipamentos de Poço: Apresentação Microsoft Power Point - Autores: Carlos Francisco, Gurgel de Castro e Wallace Lima. Fundamentos de Engenharia de Petróleo - Organizador: José Eduardo Thomas - Editora interciência. Fundamentos de Perfuração: Apresentação Microsoft Power Point - Autores: roberto Vinicius Barragan e rubens Junior. Noções de Perfuração e Completação - Apostila do Alta Competência - Autor: Alfonso Humberto Célia Silva e João Carlos neves Calmeto. Projetos de Poços de Petróleo: Geopressões e assentamento de Colunas de revestimentos - Autores: Luiz Alberto Santos rocha e Cecília Toledo de Azevedo - Editora interciência. 1.8. Bibliografia Gabarito 53 1.9. Gabarito 1) Assinale V para as alternativas verdadeiras e F para as alternativas falsas. ( V ) Uma das etapas de planejamento para a construção é a elaboração de um projeto de poço, no qual é realizado o detalhamento das fases de perfuração e completação. ( V ) Sucesso no planejamento significa atingir os objetivos do projeto, respeitando as normas de segurança e meio ambiente vigentes e os prazos e custos compatíveis com o mercado. ( V ) As fases de um poço são determinadas pelo diâmetro da broca utilizada na perfuração. ( F ) Tipicamente, o poço é composto pelas fases de 36” (perfurado com broca de 36” e alargador de 26”). Justificativa: perfurada com broca de 26” e alargador de 36”. ( V ) Para a realização de perfuração de um poço com sonda terrestre ou marítimos com equipamento de superfície, é necessária a utilização de unidades de perfuração fixadas em cima de uma subestrutura, montada em uma locação terrestre ou apoiadas no fundo do mar. 2) relacione as fases de perfuração de um poço com sonda terrestre na primeira coluna com suas características na segunda: Fases Características ( A ) Fase – “0“ Condutor ( B ) Chamada de revestimento de superfície, essa fase do poço atinge no máximo 400m. ( B ) 1ª Fase superfície ( C ) Perfuração com broca 12 1/4” e a descida do revestimento de 9 5/8”, seguida da perfuração da fase 8 1/2”. ( C ) 2ª Fase intermediário ( A ) O condutor atinge uma profundidade de apro- ximadamente 20m, o ponto de nega. ( D ) 3ª Fase produção ( D ) A cimentação nessa fase é necessária para isolar as zonas produtoras e produzir seletivamente. 3) O que é perfil litológico? O perfil litológico descreve formações esperadas de serem atravessadas durante a perfuração e seus topos e bases. Ele é uma informação para o executor do oco, contida no programa de perfuração de poços com sonda terrestre. 54 Alta Competência 4) Complete as lacunas com os termos em negrito no que diz respeito às características das plataformas fixas – SM e autoelevatórias – PA. Plataformas fixas – SM Auto-elevatórias – PA. • A jaqueta é lançada e encaixada em estacas no fundo do mar; • Os poços podem ser perfurados antes ou depois da instalação da jaqueta; • L.a. Rasas – aproximadamente 200m. • Permitem posicionamento em áreas com restrições no fundo do mar; • Perfuram uma lâmina d’água de até 120m; • Tem como desvantagem pouco espaço e capacidade de estocagem e carrega- mento; • Permitem posicionamento em áreas com restrições no fundo do mar; • A jaqueta é lançada e encaixada em estacas no fundo do mar; • Os poços podem ser perfurados antes ou depois da instalação da jaqueta; • Perfuram uma lâmina d’água de até 120m; • Têm como desvantagem pouco espaço e capacidade de estocagem e carregamento; • L.a. Rasas – aproximadamente 200m. 5) Quais são os sistemas de cabeça de poço submarinos para unidades de perfuração flutuantes e qual o mais utilizado para perfuração de poços de lâmina d’água de até 400m? São dois os sistemas. O primeiro é o sistema de cabos-guias (Guideline System), que é o mais utilizado para perfuração de poços em lâmina d’água de até 400m. O segundo é o sistema sem cabos-guias (Guidelineless System). 6) Coloque em ordem cronológica os procedimentos de perfuração com equipamentos submarinos. 1º (2º ) Após a perfuração do poço de 36”, é descido o condutor de 30”, juntamente com a BGP; 2º ( 4º ) Após a cimentação de revestimento de superfície, descem e são conectados o BOP e o riser, que permitirão a perfuração das fases; 3º ( 1º ) Descida ao fundo do mar do BGT, cuja função é ancorar quatro cabos de aço para prover um guia primário efetivo para o início da perfuração do poço; 4º ( 3º ) Após a perfuração de 26”, é descido e cimentado o revestimento de 20”, que recebe na extremidade superior um alojador de alta pressão. Gabarito 55 7) relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda: Tipos de poços Características e finalidades ( A ) Exploratórios ( D ) Aumentar a produtividade e longevidade dos campos de petróleo. injeta-se nas reservatórias fluidos diversos. ( B ) Estratigráficos ( B ) Avaliar as litografias na superfície e realizar o conhecimento geológico da área. ( C ) Desenvolvimento ( A ) Poço para pesquisar um reservatório, mas não se tem a certeza da existência de hidrocarbonetos no seu objetivo. ( D ) injeção ( C ) Quando se encontra petróleo, são perfurados para a produção do campo. 8) Complete as características a seguir com suas respectivas etapas em negrito. a) Operação composta pela retirada ou descida de tubos, por seção, para realizar cada tarefa. Manobra b) Operação de acréscimo de um novo tubo de perfuração à coluna, quando o topo do Kelly (ou o motor, no caso do top drive) atinge a mesa rotativa. Conexão c) É a etapa na qual ocorre um aumento na profundidade do poço. Perfuração d) Operação que ocorre simultaneamente à perfuração do poço. Circulação e) Consiste em bombear um volume calculado de pasta de cimento pelo interior do revestimento, até chegar ao final do poço e posicioná-la no espaço anular entre o poço e o revestimento. Cimentação Perfuração - Manobra - Conexão - Circulação - Cimentação 56 Alta Competência
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