6 Coluna de Perfuração e Acessórios

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Autor: Ronaldo Ferreira Ribeiro
técnico de 
perfuração 
e poços 
COLUNA DE 
PERFURAÇÃO 
E ACESSÓRIOS
COLUNA DE 
PERFURAÇÃO 
E ACESSÓRIOS
Autor: Ronaldo Ferreira Ribeiro
COLUNA DE 
PERFURAÇÃO 
E ACESSÓRIOS
Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos 
da área de Exploração & Produção da Petrobras. 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 na 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 criou o 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 de novos empregados 
e a reciclagem de antigos.
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
Programa Alta Competência
SumárioSumário
Introdução 9
Capítulo 1. Coluna de perfuração 
1. Coluna de perfuração 13
1.1. Definição e principais funções da coluna de perfuração 13
1.1.2. Composição da coluna de perfuração 14
1.1.3. Principais acessórios 14
1.1.4. Principais ferramentas de manuseio 15
1.2. Kelly 15
1.3. Tubos de perfuração (Drill Pipe) 18
1.3.1. Torque 25
1.3.2. Fadiga 26
1.3.3. Ranhuras e sulcos 26
1.3.4. Corrosão 27
1.3.5. Altura máxima 27
1.4. Comandos (drill colar) 28
1.5. Tubos pesados (Heavy weight) 33
1.6. Acessórios 35
1.6.1. Substitutos (Subs) 35
1.6.2. Estabilizadores 36
1.6.3. Escareadores 37
1.6.4. Alargadores 39
1.6.5. Amortecedor de choque 40
1.7. Ferramentas de manuseio 41
1.7.1. Chaves flutuantes 41
1.7.2. Cunha 42
1.7.3. Colar de segurança 43
1.8. Uniões dos elementos tubulares 43
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração 
2. Dimensionamento da coluna de perfuração 47
2.1. Conceitos básicos envolvidos 47
2.1.1. Tensão 47
2.1.2. Deformação 47
2.1.3. Compressão 48
2.1.4. Torção 48
2.1.5. Tração 49
2.1.6. Flexão 49
2.1.7. Flambagem 50
2.1.8. Cisalhamento 50
2.2. Dimensionando uma coluna de perfuração 51
2.2.1. Tração 51
2.2.2. Pressão interna 54
2.2.3. Colapso 55
2.2.4. Influência da tensão axial 56
2.2.5. Elongação de uma coluna livre 56
2.2.6. Velocidades críticas 56
2.2.7. Altura máxima do Toll Joint 57
2.2.7.1. Chaves Flutuantes a 1800 58
2.2.7.2. Chaves Flutuantes a 900 59
2.2.8. Flambagem 60
2.2.9. Determinação do BHA (Bottom Hole Assembly) 61
2.2.10. Determinação do peso mínimo dos comandos 61
2.2.11. Determinação do comprimento dos DP por tipo 63
2.2.12. Causas de Ruptura 65
2.2.12.1. Fadiga 65
2.2.12.2. Desgaste 67
2.2.12.3. Esforços além dos limites 67
2.2.12.4. Wash-Outs 67
2.2.12.5. Corrosão 68
Exercícios 71
Glossário 77
Bibliografia 78
Gabarito 79
9
Introdução
Para um bom andamento das operações na área de perfuração de poço o conhecimento técnico é fundamental, pois possibilita: a correta montagem dos elementos que 
compõem a coluna de perfuração; o torque adequado nas 
conexões sem o risco de danificá-las; a seleção dos equipamentos 
de manuseio de coluna com redução de perda de horas paradas; 
além de manter os cuidados com as ferramentas de manuseio.
É através da coluna de perfuração que se realizam a transmissão 
de peso e rotação a broca, a condução do fluido para o interior do 
poço, a garantia da inclinação e a direção do poço. Para o Técnico 
de Perfuração de Poços é imperativo distinguir as principais 
funções da coluna de perfuração, os componentes e acessórios 
utilizados na montagem, e ter noção do dimensionamento e dos 
principais esforços em que a coluna é submetida. 
C
ap
ít
u
lo
 1
Coluna de 
perfuração
12
Alta Competência
13
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1. Coluna de perfuração
Neste capítulo serão mostradas as principais funções da coluna que garantem a perfuração do poço, a circulação do fluido de perfuração para o interior do poço e o retorno para os 
tanques, a transmissão de rotação e aplicação de peso sobre broca, 
mantendo a inclinação necessária à direção do poço. 
1.1. Definição e principais funções da coluna de perfuração
A coluna de perfuração é uma ferramenta que permite penetrar nas 
formações. Suas funções são:
Aplicar peso sobre a broca;•	
Quantidade de peso em libras ou toneladas que se coloca sobre a 
broca necessária para a perfuração.
Transmitir a rotação para a broca;•	
A mesa rotativa transmite o movimento de rotação para a coluna de 
perfuração. É através da coluna rígida (Drill Collar e Heavy weight) que 
se aplica peso sobre a broca para que se dê a perfuração do poço.
Conduzir o fluido de perfuração;•	
É pelo interior da coluna que é feita a injeção de fluido para o fundo 
do poço e retorna para os tanques pelo espaço anular formado entre 
a coluna e o poço. 
Manter o poço calibrado;•	
Manter o mesmo diâmetro do poço do início da perfuração de uma 
fase até o final da mesma. Poderemos ter diâmetros diferentes em 
outras fases, mas a ideia é a mesma: numa mesma fase do projeto do 
poço, manter-se o mesmo diâmetro.
Garantir a inclinação e a direção do poço. •	
14
Alta Competência
Os acessórios da coluna de perfuração (Estabilizadores Roller Reamer 
ou Escareadores Alargadores) são instalados de forma a garantir 
a inclinação, direção e calibre do poço, pois seus diâmetros são 
maiores do que o da coluna. São instalados na coluna rígida (Drill 
Collar e Heavy weight). 
1.1.2. Composição da coluna de perfuração
Uma coluna de perfuração é composta basicamente por:
Kelly•	 ou Haste quadrada;
Drill Pipe•	 ou Tubos de perfuração (DP);
Hevi-Wate•	 ou Tubos pesados (HW);
Drill Colar•	 ou Comandos (DC).
Em conjunto com esses elementos são necessários diversos outros 
para permitir a utilização eficiente de uma coluna de perfuração, 
tais como: os elementos acessórios da coluna e os elementos para o 
seu manuseio.
1.1.3. Principais acessórios 
Os principais acessórios são:
Subs ou Substitutos;•	
Estabilizadores;•	
Roller Reamer•	 ou Escareadores;
Alargadores;•	
Amortecedores de choque.•	
15
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1.1.4. Principais ferramentas de manuseio
As principais ferramentas de manuseio são:
Chave flutuante;•	
Chave de broca;•	
Cunha;•	
Colar de Segurança.•	
1.2. Kelly
Kelly ou Haste quadrada tem como principal função transmitir 
o torque fornecido pela mesa rotativa para a coluna, em forma 
de rotação. 
Como parte integrante da coluna, o Kelly deve permitir a passagem de 
fluido por seu interior. É ele que faz a ligação entre o Swivel (Cabeça 
de Injeção) e a coluna de perfuração.
A normalização do Kelly pode ser encontrada na API 
Spec RP7G (item 6) e na API Spec 7 (seção 3). Os Kellys 
são fabricados com ligas modificadas, AISI 14145-H, 
revenidas e temperadas. 
Importante!
O Kelly pode ser forjado já na forma definitiva e depois recebe um 
tratamento de descarburização, o que causa um amolecimento 
superficial, permitindo assim, que o Kelly sofra um desgaste maior do 
que a sua bucha; ou pode ser forjado e usinado, recebendo após um 
tratamentotérmico. A escala Brinell de dureza (BNH), cuja dureza 
varia entre 285 a 341 BNH.
16
Alta Competência
Por ser ele o elemento que recebe o torque na parte intermediária, 
suas roscas são diferentes. Na parte superior, a rosca é à esquerda, 
enquanto na inferior, é à direita.
Para a escolha do Kelly se deve obedecer a seguinte tabela:
Tipo Corpo pol
Conexão Mínimo (OD) 
RevestimentoTipo OD
2 1/2" Quadrada 1 1/4" NC26 (2 3/8" IF) 3 3/8" 4 1/2"
3" Quadrada 1 3/4" NC31 (2 7/8" IF) 4 1/8" 5 1/2"
3 1/2" Quadrada 2 1/4" NC38 (3 1/2" IF) 4 3/4" 6 5/8"
4 1/4" Quadrada 2 13/16" NC 46 (4" IF) 6 1/4" 8 5/8"
4 1/4" Quadrada 2 13/16" NC50 (4 1/2" IF) 6 3/8" 8 5/8"
5 1/4" Quadrada 3 1/4" (5 1/2" FH) 7" 9 5/8"
3" Hexagonal 1 1/2" NC26 ( 2 3/8" IF) 3 3/8" 4 1/2"
3 1/2" Hexagonal 1 7/8" NC31 (2 7/8" IF) 4 1/8" 5 1/2"
4 1/4" Hexagonal 2 1/4" NC38 ( 3 1/2" IF) 4 3/4" 6 5/8"
5 1/4" Hexagonal 3" NC46 (4" IF) 6 1/4" 8 5/8"
5 1/4" Hexagonal 3 1/4" NC50 (4 1/2" IF) 6 3/8" 8 5/8"
6" Hexagonal 3 1/2" (5 1/2" FH) 7" 9 5/8"
17
Capítulo 1. Coluna de perfuração
Pode-se observar que para o mesmo revestimento mínimo, 
o Kelly hexagonal é mais robusto do que o quadrado. Isso faz 
com que o Kelly hexagonal tenha um nível de tensão menor e, 
consequentemente, maior resistência à fadiga do que a do Kelly 
quadrado.
Um componente comumente conectado à extremidade inferior do 
Kelly é o sub de salvação do Kelly. O sub é um pequeno tubo (caixa 
x pino) com função de proteger a rosca do Kelly dos constantes 
enroscamentos e desenroscamentos das conexões inerentes ao 
processo de perfuração. Ele pode também funcionar como sub de 
rosca (roscas diferentes nas suas conexões), quando a conexão do 
Kelly for diferente da conexão da coluna de perfuração.
Para conseguir o fechamento do interior da coluna em caso de Kick 
(influxo da formação para o interior do poço), o Kelly normalmente 
possui duas válvulas:
Kelly•	 Cock Superior (Opcional);
Kelly•	 Cock Inferior.
Essas válvulas deverão ser testadas segundo a tabela abaixo:
Máxima Pressão de Trabalho
Mínima Pressão Hidrostática de 
teste (Shell)
psi MPa psi Mpa
5000 34,5 10000 68,9
10000 68,9 15000 103,4
15000 103,4 22500 155,1
O Kelly não pode apresentar empenos e o centro da seção 
transversal circular interna deve coincidir com o centro 
geométrico da sua seção transversal metálica. Isso assegura 
simetria e equilíbrio durante a rotação.
18
Alta Competência
Ao se trabalhar com o Kelly desequilibrado ou empenado, ocorrem 
vibrações no topo da coluna, causando maior nível de desgaste, 
tanto no equipamento de superfície, quanto nas conexões da própria 
coluna de perfuração.
1.3. Tubos de perfuração (Drill Pipe)
São tubos sem costura (ream less), feitos por extrusão de aço especial, 
reforçados nas extremidades para permitir que uniões cônicas sejam 
soldadas nestas extremidades. Existem tubos de perfuração de 
alumínio para aplicações especiais. 
As suas principais funções são:
Permitir circular o fluido de perfuração;•	
Transmitir o torque e rotação.•	
atenÇÃo
A normalização dos tubos de perfuração está nas 
normas API Spec 5A e RP7G. Nestas normas constam 
as principais características dos tubos de perfuração, 
como as propriedades físicas do aço, método de 
fabricação, espessura da parede, diâmetros (interno e 
externo), comprimento e peso do tubo.
Na especificação do tubo de perfuração deve constar:
Diâmetro Nominal (OD);•	
Peso Nominal;•	
Grau do Aço;•	
Reforço (•	 upset);
19
Capítulo 1. Coluna de perfuração
Comprimento Nominal;•	
Desgaste;•	
Características Especiais.•	
Diâmetro nominal é o diâmetro externo do corpo do tubo expresso 
em polegadas. Os valores mais utilizados ficam entre 2 3/8” e 6 5/8”.
Peso nominal é o valor médio do peso do corpo com os Tool Joint 
(Uniões Cônicas), sendo expresso em lb/pé. A partir do peso nominal 
e do diâmetro nominal, determina-se as seguintes características:
Diâmetro Interno (ID);•	
Espessura da parede do Tubo;•	
Drift•	 - Máximo Diâmetro de Passagem.
20
Alta Competência
O grau do aço determina as tensões de escoamento e de ruptura do 
tubo de perfuração. Os tipos de grau do aço são:
Grau
Escoamento (psi) Ruptura (psi)
Mínimo Máximo Mínimo
E 75.000 105.000 100.000
X 95 95.000 125.000 110.000
G 105 105.000 135.000 115.000
S 135 135.000 165.000 145.000
O reforço na extremidade do tubo tem como função criar uma 
área maior, de maior resistência, onde é soldada a união cônica - 
minimizando assim, o problema de quebra por fadiga. 
Este reforço pode ser:
Interno (IU) •	 Internal Upset;
Externo (EU) •	 External Upset;
Misto (IEU) •	 Internal-External Upset.
Internal upset External upset Internal - external upset
Comprimento é o tamanho médio dos tubos de perfuração. Existem 
três grupos em função do comprimento:
Range•	 I 18 a 22 pés Média 20 pés;
Range•	 II 27 a 32 pés Média 30 pés;
Range•	 III 38 a 45 pés Média 40 pés.
21
Capítulo 1. Coluna de perfuração
Na Petrobras, a grande maioria das sondas utiliza tubos de 
perfuração do range II.
O desgaste está relacionado com a espessura da parede do tubo de 
perfuração e, conforme os tubos são utilizados, eles vão tendo sua 
espessura da parede diminuída. 
Periodicamente, esses tubos são inspecionados e classificados de 
acordo com a norma API. O desgaste está diretamente relacionado 
com a resistência dos tubos de perfuração. A classificação quanto 
ao desgaste é:
Classe Redução da espessura Código faixa/cor
Novo 0% 1 faixa branca
Premium de 0% a 20% 2 faixas brancas
Classe 2 de 20 a 30% 1 faixa branca
Classe 3 de 30 a 40% 1 faixa laranja
Rejeitado Maior que 40% 1 faixa vermelha
Um tubo de perfuração é novo só quando comprado. Assim que ele 
é descido no poço, já passa à condição de premium, tendo em vista 
que a classe novo é apenas para desgaste zero na espessura.
Em perfurações no mar é comum utilizar apenas tubos de perfuração 
classe Premium. Já para sondas de terra, principalmente as de menores 
capacidades, podem utilizar classe 1 ou mesmo classe 2. Tubos com 
desgaste maior do que 40% na espessura não devem ser utilizados.
Nas características especiais são descritos alguns tratamentos ao 
quais os tubos de perfuração são submetidos, como por exemplo, 
capeamento interno com resina para diminuir o desgaste interno 
e a corrosão, ou um tratamento para a proteção contra gás 
sulfídrico (H2S).
22
Alta Competência
As uniões cônicas, conhecidas como Tool Joints, são fixadas ao tubo de 
perfuração por:
Enroscamento a quente;•	
União aquecida no tubo frio;•	
Soldagem integral.•	
Partes aquecidas por indução e unidas com pressão e rotação sem 
adição de material.
Flashwelding•	 - soldagem com pré-aquecimento;
Inertialwelding•	 - soldagem a frio.
As uniões cônicas facilitam o enroscamento dos tubos de perfuração, 
além de promover a vedação. Elas são dotadas de apoio para receber 
o elevador e, às vezes, é adicionado material duro, carbureto de 
tungstênio, externamente nestas uniões visando a um menor 
desgaste em formações duras e abrasivas e, consequentemente, um 
aumento na vida útil dos tubos de perfuração. Esse aumento tem, em 
contrapartida, um maior desgaste do revestimento do poço.
As roscas das uniões cônicas são padronizadas 
pela API, levando em conta o número de fios 
por polegada, a conicidade em porcentagem e o 
perfil da rosca. 
Importante!
23
Capítulo 1. Coluna de perfuração
As roscas mais comuns são:
API•	
IF •	 Internal Flush Perfil V - 0,038R
FH •	 Full Hole Perfil V - 0,038R/V - 0,040
 REG •	 Regular Perfil V - 0,040/V - 0,050
Não •	 API
XH •	 Extra Hole
SH •	 Slim Hole
EF •	 External Flush
 DSL •	 Double Streamline
ACME •	 Hydril
H-90 •Hughes Tool
A partir de 1968, a API recomenda uma nova maneira de se especificar 
as conexões conhecido como NC.
Importante lembrar que as roscas não promovem vedação, como 
acontece no caso de tubos de revestimento e de produção, a 
vedação se processa nos espelhos da caixa e pino. Então, o aperto 
adequado das conexões é muito importante, já que um aperto 
insuficiente pode provocar a passagem do fluido de perfuração 
por entre as roscas e provocar a lavagem da rosca, já um aperto 
excessivo pode deformar a rosca fragilizando a conexão. 
24
Alta Competência
A API traz o aperto recomendado para cada tipo 
de conexão.
Importante!
Os tubos de perfuração são colocados no poço com a parte do pino 
para baixo. Assim, deve-se ter cuidado para que o pino não bata no 
espelho da caixa, danificando o local da vedação.
Lista das Roscas Intercambiáveis
NC26
2 3/8" IF
2 7/8" SH
NC31
2 7/8" IF
3 1/2" SH
NC38
3 1/2" IF
4 1/2" SH
NC40
4" FH
4 1/2"DSL
NC46
4" IF
4 1/2"XH
NC50
4 1/2" IF
5" XH
5 1/2" DSL
2 3/8" IF
2 7/8" SH
NC26
2 7/8" IF
3 1/2" SH
NC31
3 1/2" IF
4 1/2" SH
NC38
4" IF
4 1/2" XH
NC46
4 1/2" IF
5" XH
NC50
4" FH
4 1/2" DSL
NC40
2 7/8" XH 3 1/2" DSL
3 1/2" XH
4" SH
4 1/2" EF
25
Capítulo 1. Coluna de perfuração
4 1/2" XH
4" IF
NC46
5" XH
4 1/2" IF
NC50
2 7/8" SH
2 3/8" IF
NC26
3 1/2" SH
2 7/8" IF
NC31
4" SH
3 1/2" XH
4 1/2" EF
4 1/2" SH
3 1/2" IF
NC38
4 1/2" EF
4" SH
3 1/2" XH
3 1/2" DSL 2 7/8" XH
4 1/2" DSL
4" FH
NC40
5 1/2" DSL
4 1/2" IF
5" XH
NC50
É necessária uma preocupação com os esforços e estado do tubo, 
a fim de evitar uma falha prematura da coluna e a ocorrência de 
pescarias, as quais são sempre muito onerosas.
1.3.1. Torque
O torque adequado nas uniões dos tubos de perfuração é muito 
importante, já que a união é tipo macaco-parafuso e, se continuar a 
apertar a conexão, algo pode acontecer: o rompimento do cabo da 
chave flutuante ou a própria chave, a quebra do pino, ou alargamento 
da caixa. Um torque insuficiente faz com que a vedação nos espelhos 
não fique adequada, o que permite a passagem de fluido por entre os 
fios das roscas, causando assim, uma lavagem da rosca, ou mesmo uma 
lavagem da conexão e, consequentemente, a quebra da conexão.
26
Alta Competência
1.3.2. Fadiga
A fadiga é a causa da maioria das rupturas nos tubos de perfuração. 
Ela aparece quando os tubos trabalham fletidos, causando o 
aparecimento de uma carga cíclica. A primeira manifestação 
da fadiga é o aparecimento de fissuras no tubo de perfuração. 
Essas fissuras, em um primeiro momento, são invisíveis ao olho 
nu, sendo necessário programar inspeções periódicas nos tubos 
de perfuração, buscando com isso detectar o mais cedo possível o 
aparecimento da fadiga.
1.3.3. Ranhuras e sulcos
Os tubos de perfuração acumulam sulcos e ranhuras pela ação 
das cunhas, revestimento, transporte etc. Quando elas são 
arredondadas ou longitudinais, os problemas são poucos: 
quando arredondadas não causam acúmulo de tensões; e quando 
longitudinais seguem a direção dos esforços principais. As 
ranhuras transversais e em especial as agudas são muito perigosas, 
principalmente perto das uniões, pois ao concentrarem as tensões 
facilitam o aparecimento das fissuras da fadiga.
27
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1.3.4. Corrosão
A corrosão causa a formação de depressões na superfície do tubo 
facilitando a ação da fadiga e causando também uma redução na 
espessura da parede dos tubos, tendo assim, uma diminuição na 
sua resistência.
1.3.5. Altura máxima
É necessário se quantificar a máxima altura em que o tool Joint pode 
ficar durante as conexões, para evitar que ocorra o empenamento do 
tubo, o que vai causar um problema em toda coluna de perfuração.
Hmax
Alguns cuidados precisam ser tomados em relação aos tubos de 
perfuração:
1) Não use cunha no lugar da chave flutuante durante as conexões. O 
uso da cunha pode causar dano ao corpo do tubo;
2) Não use martelo ou marreta para bater nos tubos. Caso seja 
necessário, utilize marreta de bronze;
3) Evite a utilização de corrente para enroscar tubos, pois caso a 
corrente corra e se encaixe entre o pino e a caixa, pode vir a danificar 
a rosca e o espelho;
28
Alta Competência
4) Evite a utilização de tubos tortos na coluna de perfuração, pois seu 
uso causa um desgaste prematuro nas uniões cônicas;
5) Evite torque excessivo durante as conexões e durante a 
perfuração;
6) Evite que os tubos de perfuração trabalhem em compressão;
7) Caso na coluna não exista Heavy weight, a cada manobra mude os 
tubos de perfuração que estão acima dos comandos.
8) Quando desconectar a coluna por unidade, retire todos os 
protetores de borracha existentes, minimizando assim a corrosão.
9) Quando os tubos estiverem estaleirados, apoie os tubos em três 
pontos com tiras de madeira; uma em cada extremidade e outra no 
meio. Nunca use cabo de aço ou tubos de pequeno diâmetro.
10) No término de cada poço, lave as roscas com solvente apropriado, 
seque, aplique graxa e coloque os protetores de rosca.
11) Não use chave de tubo (grifo) para alinhar as seções de tubos no 
tabuleiro, isso danifica o espelho do pino.
1.4. Comandos (drill colar)
A principal função dos comandos é fornecer peso sobre a broca. 
Como parte integrante da coluna, eles devem transmitir o torque e a 
rotação à broca, bem como permitir a passagem de fluidos.
29
Capítulo 1. Coluna de perfuração
Os comandos são tubos de parede espessa que fornecem peso 
sobre a broca e são formados por uma liga de aço cromo 
molibdênio forjados e usinado no diâmetro externo, sendo o 
diâmetro interno perfurado a trépano. A escala de dureza dos 
comandos varia de 285 a 341 BHN. São fabricados no Range de 30 
a 32 pés, podendo em casos especiais ter de 42 a 43,5 pés.
A conexão é usinada no próprio tubo e protegida por uma camada 
fosfatada na superfície e, ao contrário dos tubos de perfuração, é a 
parte mais frágil dos comandos.
30
Alta Competência
Os comandos podem ser lisos ou espiralados. Os espiralados têm uma 
redução cerca de 4% do seu peso, mas graças a sua redução na área 
de contato lateral, eles têm menos propensão à prisão por diferencial, 
sendo por isso preferidos. Existem também comandos de seção 
quadrada, com a função de prevenir a prisão por diferencial, mas são 
pouco utilizados pela dificuldade de ferramentas de pescaria.
Os comandos podem ter rebaixamento no ponto de aplicação 
das cunhas, evitando com isso a necessidade de se utilizar o colar 
de segurança durante as conexões, tendo então, um ganho de 
tempo durante as manobras. Podem também possuir pescoço para 
adaptação de elevadores, neste caso se evita a utilização de lift-sub, 
tendo novamente ganho no tempo de manobra.
Os comandos em conjunto com os estabilizadores são usados 
para dar rigidez à coluna, e utilizados também no controle da 
inclinação do poço.
31
Capítulo 1. Coluna de perfuração
A especificação dos comandos é:
Diâmetro Externo;•	
Diâmetro Interno;•	
Tipo de Conexão;•	
Características Especiais.•	
O diâmetro externo, em polegadas, é escolhido em função do 
diâmetro do poço e sempre levando em consideração a possibilidade 
de ser necessária uma pescaria. Já o diâmetro interno, também em 
polegadas, está diretamente relacionado com o peso do comando, 
sendo muito comum se especificar o peso em lb/pé no lugar do 
diâmetro interno.
As características especiais são: se o comando é espiralado, se tem 
rebaixamento para a cunha, se tem pescoço para o elevador, se tem 
algum tratamento especial etc.
Existe um comando especial muito utilizado em perfuração direcional 
conhecido com K-Monel. Este tem todas as características dos 
comandos,só que é feito de material não magnético, o que permite 
registrar fotos magnéticas em seu interior.
As resistências dos comandos são:
Diâmetro Externo pol Limite de Escoamento psi Tensão Ruptura psi
de 3 1/8" a 6 7/8" 110.000 140.000
de 7" a 10" 100.000 135.000
O uso do torque recomendado é mais importante nos comandos, por 
causa das conexões serem seu ponto frágil. O aperto deve ser feito 
com tração constante e demorada nos cabos e nunca com puxões 
violentos devido a sua grande inércia.
32
Alta Competência
A quebra de coluna é muito mais frequente nos comandos do que 
nos tubos de perfuração, pois os esforços nos comando são mais 
severos. Sendo assim, durante as manobras, os comandos devem ser 
desconectados sempre nas juntas que não foram desfeitas durante 
a última manobra. Isso permite que todas as conexões trabalhem 
igualmente, bem como possibilita uma inspeção visual com igual 
frequência em todas as conexões.
Diferente dos tubos de perfuração, não há para os comandos uma 
classificação para o desgaste.
Além das seguintes recomendações que são iguais às dos tubos de 
perfuração:
1) Não use cunha no lugar da chave flutuante durante as conexões. O 
uso da cunha pode causar dano ao corpo do tubo;
2) Não use martelo ou marreta para bater nos tubos. Caso seja 
necessário, utilize marreta de bronze;
3) Evite a utilização de corrente para enroscar tubos, pois caso a 
corrente corra e se encaixe entre o pino e a caixa, pode vir a danificar 
a rosca e o espelho;
4) Evite torque excessivo durante as conexões e durante a 
perfuração;
5) Quando os comandos estiverem estaleirados, apoie os tubos em 
três pontos com tiras de maneiras; uma em cada extremidade e outra 
no meio. Nunca use cabo de aço ou tubos de pequeno diâmetro;
6) No término de cada poço, lave as roscas com solvente apropriado, 
seque, aplique graxa e coloque os protetores de rosca;
7) Não use chave de tubo (grifo) para alinhar as seções de comandos 
no tabuleiro, isto danifica o espelho do pino.
33
Capítulo 1. Coluna de perfuração
atenÇÃo
Deve-se durante as movimentações utilizar o protetor 
de rosca e nunca rolar os comandos, mas sim suspendê-
lo pelo seu centro de gravidade.
1.5. Tubos pesados (Heavy weight)
Os HW são elementos de peso intermediário, entre os tubos 
de perfuração e os comandos. Sua principal função, além de 
transmitir o torque e permitir a passagem do fluido, é fazer uma 
transição mais gradual de rigidez entre os comandos e os tubos 
de perfuração. Eles são bastante utilizados em poços direcionais, 
como elemento auxiliar no fornecimento de peso sobre a broca 
em substituição a alguns comandos.
34
Alta Competência
A utilização de HW tem as seguintes vantagens:
Diminuição da quebra de tubos nas zonas de transição de •	
comando para tubos de perfuração;
Aumento da eficiência e da capacidade de sondas de pequeno •	
porte pela sua maior facilidade de manuseio, em comparação 
com os comandos;
Diminuição do torque e do arraste (drag) nos poços direcionais, •	
em vista de sua menor área de contato com as paredes do 
poço;
Menor tempo de manobra.•	
Normalmente se utiliza de 5 a 7 seções de HW na zona de transição.
A especificação dos HW é:
Diâmetro Nominal;•	
Comprimento Nominal;•	
Aplicação de Material Duro.•	
O diâmetro nominal do HW varia de 3 1/2" a 5”. Normalmente 
é utilizado na coluna um HW com o diâmetro igual aos do tubo 
de perfuração. Os HW são fabricados no Range II e III, e podem 
ter aplicação de carbureto de tungstênio nos Tool Joints ou no 
reforço intermediário. 
Não há normalização para o desgaste do HW, então a resistência dos 
tubos usados deve ser avaliada pelo usuário.
35
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1.6. Acessórios
Os acessórios de coluna são elementos que auxiliam na movimentação 
e instalação da coluna no poço, bem como nos cruzamentos entre 
roscas e diâmetros diferentes, e na centralização da coluna de 
perfuração no poço, afastando os comandos das paredes do poço e 
mantendo a estabilidade do poço. 
1.6.1. Substitutos (Subs)
Os subs são pequenos tubos que desempenham várias funções. 
Todos devem ser fabricados segundo as recomendações do API e ter 
propriedades compatíveis com os outros elementos da coluna.
Os principais subs em função da sua utilização são:
Sub de içamento ou de elevação;•	
Sub de cruzamento;•	
Sub de broca;•	
Sub do •	 Kelly ou de salvação.
O sub de içamento (Lift Sub) serve para promover um batente para 
o elevador poder içar comandos que não possuem pescoço para 
este fim.
Os sub de cruzamento (Cross Over) são pequenos tubos que 
permitem a conexão de tubos com diferentes tipos de roscas. O sub 
de cruzamento pode ser:
Caixa-Pino - com tipos de roscas diferentes em cada extremidade;•	
Caixa-Caixa - com ou sem roscas diferentes em cada extremidade;•	
Pino-Pino - com ou sem roscas diferentes em cada extremidade.•	
36
Alta Competência
O sub de broca é apenas um sub de cruzamento caixa-caixa, que 
serve para conectar a broca, cuja união é pino, à coluna. Esta tem 
seus elementos conectados com o pino para baixo.
O sub de salvação, como já foi dito, é um pequeno tubo conectado 
ao Kelly, que tem a finalidade de proteger a rosca do Kelly dos 
constantes enroscamentos e desenroscamentos inerentes ao processo 
de perfuração convencional.
1.6.2. Estabilizadores
Os estabilizadores são ferramentas que servem para centralizar 
a coluna de perfuração, dando maior rigidez e afastando os 
comandos das paredes do poço. Os estabilizadores também ajudam 
a manter o calibre do poço e seu posicionamento na coluna é 
muito importante para a perfuração direcional, pois suas posições 
controlam a variação da inclinação.
Os estabilizadores se dividem em:
Não Rotativos;•	
Rotativos com Lâminas:•	
•	Intercambiável;
•	Integrais;
•	Soldadas.
37
Capítulo 1. Coluna de perfuração
Os não rotativos são fabricados de borracha e se danificam 
rapidamente quando estão perfurando em formações abrasivas.
Os estabilizadores de camisas intercambiáveis podem ter a camisa 
substituída quando está muito desgastada.
Quando as lâminas dos estabilizadores integrais estiverem desgastadas 
e sua recuperação for antieconômica, o corpo do estabilizador pode 
ser transformado em um sub.
Os estabilizadores de lâmina soldada são mais indicados para serem 
utilizados em formações moles.
1.6.3. Escareadores
Os escareadores, também conhecidos como Roler-Reamer ou apenas 
Reamer, é uma ferramenta estabilizadora utilizada em formações 
abrasivas, onde graças à presença de roletes conseguem mais 
facilmente manter o calibre do poço. 
38
Alta Competência
Basicamente existem três usos:
Reamer•	 de fundo com três roletes: é utilizado entre 
os comandos e a broca, para diminuir a necessidade de 
repassamento.
Reamer•	 de coluna com três roletes: é utilizado entre os 
comandos com finalidade de manter o calibre do poço e ajudar 
na eliminação de dog-legs e chavetas.
Reamer•	 de fundo com seis roletes: é utilizado entre os 
comandos e a broca e graças ao seu maior número de apoios 
evita alterações abruptas na direção e inclinação.
39
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1.6.4. Alargadores
São ferramentas que servem para aumentar o diâmetro de um trecho 
já perfurado do poço.
Existem basicamente dois tipos de ferramentas:
Hole Opener•	 ;
Underreamer•	 .
O Hole Opener é utilizado quando se deseja alargar o poço desde a 
superfície. Tem braços fixos e é muito utilizado em perfurações para 
a descida do condutor de 30”. Neste caso se perfura com uma broca 
de 26” e um Hole Opener de 36” posicionado acima da broca.
Underreamer é usado quando se deseja alargar um trecho do poço 
começando por um ponto abaixo da superfície. São utilizados com 
a finalidade deprover espaço livre para a descida de revestimento 
e para alargamento da formação, para se efetuar gravel packer. 
Seus braços móveis são normalmente abertos através da pressão de 
bombeio.
40
Alta Competência
1.6.5. Amortecedor de choque
São ferramentas que absorvem as vibrações da coluna de 
perfuração induzidas pela broca. Usadas em perfurações de 
rochas duras ou zonas com várias mudanças de dureza, elas são 
bastante importantes quando se utiliza brocas de insertos e PDC, 
pois o amortecedor de choque aumenta a vida útil das brocas 
desses tipos.
O amortecedor de choque também é chamado de Shock-Eze, e 
pode ser de mola helicoidal ou hidráulica.
O amortecedor de choque deve ser colocado o mais perto possível 
da broca para ter melhor eficácia. Entretanto, por não ser tão rígido 
quanto um comando, a colocação dele perto da broca pode induzir 
inclinações no poço. 
Assim se recomenda:
Para •	 poços sem tendência de desvio, o amortecedor de choque 
deverá ser colocado acima do sub de broca;
Para •	 poços com pequenas tendências a desvios, deve se 
posicionar o amortecedor de choque acima do primeiro ou 
segundo estabilizador;
Para •	 poços com grandes tendências a desvio, deve-se colocar o 
amortecedor de choque acima de todo conjunto estabilizado.
41
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1.7. Ferramentas de manuseio
As ferramentas de manuseio de coluna são utilizadas para o 
enroscamento e desenroscamento dos tubos, bem como na 
sustentação da coluna da mesa rotativa através de cunhas e colar 
de segurança. 
1.7.1. Chaves flutuantes
As chaves flutuantes são mantidas suspensas na plataforma 
através de um sistema de cabo de aço, polia e contrapeso. São 
duas chaves que permitem dar o torque de aperto ou desaperto 
nas uniões dos elementos tubulares da coluna. São também 
providas de mordentes intercambiáveis, responsáveis pela fixação 
das chaves à coluna.
42
Alta Competência
Algumas sondas são equipadas com chaves pneumáticas ou 
hidráulicas que servem para enroscar e desenroscar tubos de 
perfuração, mas sem dar o torque de aperto, o qual é dado com 
a chave flutuante. Existe também o Eazy-Torq o qual permite 
o desenvolvimento de altos valores de torque que podem ser 
utilizados até para apertar ou desapertar as conexões dos 
comandos. Atualmente, em algumas plataformas existe o Iron 
Roughneck, que é capaz de executar automaticamente os serviços 
dos plataformistas durante as conexões e desconexões.
1.7.2. Cunha
As cunhas são os equipamentos que servem para apoiar 
totalmente a coluna de perfuração na plataforma. São providas 
de mordentes intercambiáveis e se encaixam entre a tubulação 
e a bucha da mesa rotativa. Existem tipos diferentes para tubos 
de perfuração e comandos.
43
Capítulo 1. Coluna de perfuração
1.7.3. Colar de segurança
Equipamento de segurança colocado nos comandos que não 
possuem rebaixamento para a cunha. Sua finalidade é prover um 
batente para a cunha, no caso de escorregamento do comando.
Alguns outros acessórios que se pode citar são:
Chave de Broca - permite enroscar e desenroscar a broca •	
da coluna;
Limpador de Tubo - limpa a coluna do fluido de perfuração;•	
Chave de Corrente - enrosca e desenrosca os elementos da •	
coluna;
Puxador de Chave - manuseia mais rapidamente a chave •	
flutuante.
1.8. Uniões dos elementos tubulares
Os tipos de uniões utilizados são:
5 Integrais – usados nos Comandos;•	
5 •	 Tool Joints - usados nos Tubos de Perfuração e HW.
As uniões são cônicas para facilitar o enroscamento e 
desenroscamento dos elementos tubulares. Uma característica 
importante dessas uniões é a vedação metal-metal, realizada nos 
ombros (espelhos) dos elementos tubulares.
As uniões são especificadas na API Spec 7.
Importante!
 
C
ap
ít
u
lo
 2
Dimensionamento 
da coluna de 
perfuração
46
Alta Competência
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
47
2. Dimensionamento da coluna 
de perfuração
A coluna de perfuração deve ser cuidadosamente dimensionada para os esforços a ela submetida, tais como: tração, compressão, colapso, torção, entre outros. Este dimensionamento é 
fundamental para a garantia das operações de perfuração. 
2.1. Conceitos básicos envolvidos 
2.1.1. Tensão
É a grandeza física definida pela força atuante em uma superfície e 
a área dessa superfície. 
Ou seja,
tensão = força aplicada/área da seção transversal
Por essa definição, a unidade de tensão tem dimensão da pressão 
mecânica e, no Sistema Internacional, a unidade básica é a mesma da 
pressão: pascal (Pa) ou Newton por metro quadrado (N/m2).
2.1.2. Deformação
Se aplicada uma força de tração F, em uma peça, são perceptíveis as 
deformações longitudinal ou transversal.
Alongamento (ou deformação longitudinal) da barra é definido pela 
relação entre a variação de comprimento e o comprimento inicial:
ε = ΔL / L
48
Alta Competência
ε é uma grandeza adimensional e também pode ser dada em termos 
percentuais.
Paralelamente ao aumento de comprimento, ocorre uma redução do 
diâmetro, denominada contração transversal, que é dada por:
εt = (D - D1) / D
2.1.3. Compressão 
A tendência é uma redução do elemento na direção da força de 
compressão.
2.1.4. Torção
Torção se refere ao giro de uma barra retilínea quando carregada 
por momentos (ou torques) que tendem a produzir rotação sobre o 
eixo longitudinal da barra.
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
49
T
2.1.5. Tração
Caracteriza-se pela tendência de alongamento do elemento na 
direção da força atuante.
P P
2.1.6. Flexão
Ocorre uma deformação na direção perpendicular à da força 
atuante.
F
50
Alta Competência
2.1.7. Flambagem
Esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena 
em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura 
na barra.
2.1.8. Cisalhamento
Cisalhamentos são forças atuantes que tendem a produzir um efeito 
de corte, isto é, um deslocamento linear entre seções transversais.
P
A
B
C
P
Load
Load
P
A
B
C
P
Load
Load
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
51
2.2. Dimensionando uma coluna de perfuração
Para dimensionar uma coluna de perfuração, é necessário saber:
Profundidade máxima prevista para a coluna;•	
Profundidade total da fase;•	
Diâmetro da fase;•	
Pesos da lama utilizados;•	
Fatores de segurança;•	
Peso sobre broca máximo;•	
Equipamentos disponíveis;•	
Peso específico do fluido de perfuração;•	
Pressão interna.•	
A coluna de perfuração está sujeita a esforços de tração, compressão 
e torção durante as operações rotineiras da perfuração. Poderá, 
eventualmente, estar sujeita a esforços radiais, resultantes da diferença 
entre as pressões interna e externa do tubo. Com esses dados, pode-se 
determinar os esforços e então dimensionar a coluna de perfuração, 
como: tipos e quantidade de comandos, tipo e quantidade de HW, 
além dos tipos de tubos de perfuração. 
2.2.1. Tração
A tensão causada pela tração é a relação entre o esforço e a área de 
aplicação. Em outras palavras, é o esforço devido ao próprio peso da 
coluna, cujo valor é maior na superfície. Quando a tensão atingir o 
valor máximo permissível, que é a tensão de escoamento do material, 
se terá a resistência à tração do tubo. 
52
Alta Competência
atenÇÃo
Para cálculo do tubo desgastado, considera-se o 
desgaste apenas no diâmetro externo.
O elemento da coluna mais solicitado quanto à tração é o tubo de 
perfuração mais próximo da superfície. Este elemento deve suportar 
o peso de toda coluna, imersa em fluido, na maior profundidade 
esperada.
Assim a tração máxima da coluna de perfuração é:
T = P−E
Onde:
P = Peso da Coluna no Ar;E = Empuxo.
Mas:
P = ρaco x Vaco
E = ρf x Vdesl
Onde:
ρaco = Peso específico do aço
ρf = Peso específico do fluido de perfuração
Vaco = Volume de aço
Vdesl = Volume de fluido deslocado
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
53
Considerando que todo volume deslocado de fluido de perfuração 
foi devido ao aço, tem-se:
Onde:
Sabendo que o peso específico do aço é de 65,44 lbf/Gal, então, tem-se:
Peso específico do 
fluido em Lb/Gal α
Peso específico do 
fluido em Lb/Gal α
8,6 0,869 10,4 0,841
8,8 0,866 10,8 0,835
9,0 0,862 11,0 0,832
9,4 0,856 11,4 0,826
9,8 0,850 11,8 0,820
10,0 0,847 12,0 0,817
É comum multiplicar o limite de escoamento por 0,9 para trabalhar 
na região linear.
O fator de segurança normalmente utilizado é de 1,25.
Onde: 
Y = Limite de Escoamento; 
Rt = Tração Máxima;
A = Área da seção.
54
Alta Competência
Como: 
Tem-se:
Rt = x Y x (D
2
e - D
2
i)  0,7854 x (D2e - D2i) x Y

4
Então:
Rt = 0,7854 x (D²e – D²i) x Y x 0,9 / 1,25
Às vezes, utiliza-se o conceito de Margem de Sobretração (Over Pull), 
que é uma margem de segurança que, em vez de ser multiplicada no 
esforço e calculada, é somada.
Rt = Y x A x 0,9 - MOP
2.2.2. Pressão interna
Em um fluido, o componente da pressão é determinado pela existência 
de forças de interação entre suas moléculas. Quando a pressão interna 
é maior do que a externa, a resistência interna é calculada usando-se 
a fórmula de Barlow para tubos de paredes finas.
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
55
A resistência máxima ocorre quando a tensão atuante atinge a tensão 
de escoamento. Logo, a máxima diferença de pressão (Pi - Pe) será a 
máxima resistência à pressão interna possível Rpi: 
O API permite que a espessura dos tubos de perfuração novos varie 
em até 12,5%. Logo, utilizando o caso mais crítico tem-se: 
Para cálculo do tubo desgastado, considera-se o desgaste apenas na 
espessura. O diâmetro externo permanece o nominal.
O fator de segurança utilizado é de 1,1.
Para Premium, a espessura pode ter uma redução de até 20%, logo:
Espessura t = 0,80 x 0,337  t = 0,2696 pol
2 x 0,2696 x 75000
4,5
Rpi = = 8987 psi
8987
1,1
Rpi =  Rpi = 8170 psi
2.2.3. Colapso
A pressão de colapso é resultante do diferencial de pressão externa e 
interna ao tubo, quando a pressão externa é maior do que a interna. 
A ruptura mais comum nos elementos da coluna de perfuração é a 
pseudoplástica. Neste caso, a solução é conseguida assumindo que o 
elemento tubular tem parede espessa. 
56
Alta Competência
2.2.4. Influência da tensão axial
Como os tubos de perfuração trabalham a tração, apenas o colapso 
e a torção são estudados. O efeito do aumento na resistência da 
pressão interna é desprezado. 
(Efeito da na ) Tração Compressão
Pressão interna Aumenta Diminui
Colapso Diminui Aumenta
Torção Diminui Diminui
2.2.5. Elongação de uma coluna livre
A elongação de uma coluna livre é a soma de três efeitos:
Elongação devido ao peso próprio;•	
Elongação devido ao •	 empuxo;
Elongação devido à pressão do fluido.•	
2.2.6. Velocidades críticas
Para evitar desgastes excessivos e outros problemas na coluna, esta 
não deverá trabalhar em rotações tais que as vibrações, inerentes aos 
processos de perfuração, fiquem perto das frequências de ressonância 
natural da coluna. 
Existem dois modos de vibração da coluna: 
Vibração Nodal; •	
Vibração Axial. •	
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
57
A vibração nodal está ligada ao desgaste pelo atrito na parede do 
poço, e as rotações relacionadas com este tipo de vibração. Já a 
vibração axial está ligada ao impacto e ao maior desgaste na broca.
2.2.7. Altura máxima do Toll Joint
Quanto às conexões e desconexões dos tubos de perfuração, é 
necessário verificar a altura em que se encontram os tool joints da 
mesa rotativa para evitar que a força aplicada nestas operações acabe 
fletindo o tubo de perfuração.
Hmax
F
A tensão de dobramento é dada por:
Onde M é o momento fletor aplicado, que é dado por:
M = F x Hmax
I é o momento de inércia da seção, que é calculada por:
58
Alta Competência
Existem dois casos a serem analisados:
¾ Chaves Flutuantes a 180°•	
¾ Chaves Flutuantes a 90°•	
2.2.7.1. Chaves Flutuantes a 1800
Hmax Lcf Fc
Fc
Como as chaves flutuantes estão a 180°, a força aplicada será o dobro 
da força aplicada em cada chave:
F = 2 x Fc
Onde:
Lcf = comprimento da chave flutuante.
Logo:
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
59
2.2.7.2. Chaves Flutuantes a 900
Hmax
Lcf
Fc
Fc
Neste caso, a força aplicada é dada por:
Então, tem-se:
O fator de segurança utilizado é de 0,9.
60
Alta Competência
A altura máxima para o tool joint é de 0,9 x 27,49 = 24,74 pol = 
62,8 cm
E para um tubo premium?
O torque recomendado é de 12.085 lbf pés;•	
Desgaste de 80%; •	
Espessura 0,337´0,8=0,2696 pol;•	
Diâmetro Externo 4,5 - 2. (0,337-0,2696)=4,3652 pol.•	
A altura máxima para o tool joint é de 0,9 x 36,35 = 32,721 pol = 
83,1 cm.
2.2.8. Flambagem
Para poços de 12 1/4" ou maiores deve-se utilizar de 3 a 6 comandos 
de 9” ou mais no fundo. Já para poços entre 9 1/2" e 11”, os 
comandos devem ser de 8” ou mais. O restante do peso necessário 
deve ser completado com comandos de diâmetros variando entre o 
recomendado para o fundo e o utilizado no topo.
Os HW devem ter o mesmo diâmetro dos tubos de perfuração e em 
poços direcionais e utilizar em qualquer caso de 24 a 30 HW.
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
61
2.2.9. Determinação do BHA (Bottom Hole Assembly)
Cálculo do Fator de Flutuação
γf = Peso específico do fluido;
γa = Peso específico do aço.
2.2.10. Determinação do peso mínimo dos comandos
Onde:
PSBmax = Peso máximo sobre broca;
θ = Inclinação do poço;
PLN = Posição onde fica a linha neutra, normalmente 0,80.
Uma vez determinado o peso mínimo de comandos, deve-se 
conciliar com os equipamentos disponíveis levando-se em conta as 
recomendações básicas para a zona de transição de rigidez.
A linha neutra é o ponto onde a coluna não sofre esforço algum 
(tração ou compressão). A atenção deve ser tomada no cálculo 
desta linha, pois este ponto deverá estar na região dos comandos, 
que são apropriados para resistir aos esforços de compressão e 
tração. O material de construção tem alta resistência mecânica e 
suporta tal carga. Caso esta linha fique localizada nos Drill Pipes 
- DP, no decorrer da atividade, de perfuração, por exemplo, o 
mesmo pode se danificar.
62
Alta Competência
A seleção dos comandos é geralmente baseada em dois critérios:
Critério de flambagem na extremidade inferior da coluna •	
quando o peso é aplicado sobre a broca (linha neutra de 
flambagem), mais utilizado;
Número de comandos, de modo que os tubos de perfuração •	
não estejam comprimidos (linha neutra de tração).
Segundo Lubinsky, a flambagem não ocorre se o peso sobre a broca 
é menor do que o peso “flutuado” (peso-empuxo) dos comandos. 
Esse critério leva sempre a um número de comandos menor do que 
o obtido pelo critério da tração, isto é, a linha neutra de flambagem 
está abaixo da linha neutra de tração. Assim, há situações em que a 
coluna de perfuração está comprimida, mas não está flambada. 
A flambagem da coluna de perfuração deve ser evi-
tada para impedir o aparecimento de tensões cíclicas 
na parede dos tubos durante a rotação da coluna e a 
falha por fadiga.
Importante!
Portanto, se o peso máximo sobre a broca é dado por PSBmax, o número 
de comandos “N” é dado por:
N = PSBmáx / (FS) α W L
Onde:
FS = Fator de segurança (varia de 0,80 a 0,90);
W = Peso por pé (no ar) do comando;L = Comprimento médio de cada comando;
α = Fator de flutuação = [1 – ρ lama / ρ aço].
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
63
Peso total do BHA submerso
PBHA = (Ldc1 x Wdc1 + Ldc2 x Wdc2 + ... + LHW x WHW1) x α
2.2.11. Determinação do comprimento dos DP por tipo
Para o primeiro tipo de tubo de perfuração, tem-se:
Utilizando coeficiente de segurança•	
Utilizando Margem de •	 OverPull
Onde:
LDP = Comprimento dos Tubos de Perfuração;
Rt = Resistência a Tração;
CS = Coeficiente de Segurança, normalmente 1,125;
MOP = Margem de OverPull.
Para os próximos tipos, deve-se apenas incorporar o peso dos tubos 
de perfuração já calculado no peso do BHA.
64
Alta Competência
Após escolher os tipos de tubos de perfuração, deve-se proceder as 
seguintes verificações quanto:
Ao colapso;•	
À pressão Interna;•	
Ao torque;•	
Ao •	 Dog-Leg.
a) Ao Colapso
Para cada tipo de tubo de perfuração utilizado, deve-se verificar a 
resistência ao colapso supondo que o interior da coluna esteja vazia. 
Então, a pressão hidrostática deve ser menor do que a resistência ao 
colapso reduzida.
b) À Pressão Interna
Deve-se verificar se a resistência à pressão interna do tubo mais fraco 
é maior do que a máxima pressão interna possível.
c) Ao Torque
A resistência ao torque reduzida deve ser maior do que o torque 
gerado nas conexões e durante a perfuração. O torque gerado 
durante a perfuração pode ser calculado aproximadamente por:
Onde o torque é medido em lbf pé; e a potência em HP.
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
65
d) Dog-Leg
Deve-se calcular o máximo dog-leg que a coluna pode ser exposta. 
A API RP7G na seção 8 propõe fórmulas para cálculo do dog-leg 
máximo.
2.2.12. Causas de Ruptura
As principais causas de ruptura são:
Fadiga;•	
Desgaste;•	
Esforços além do limite;•	
Wash-outs•	 ;
Corrosão.•	
2.2.12.1. Fadiga
A fadiga se origina por esforços cíclicos, com fissuras imperceptíveis 
que diminuem a resistência original dos tubos.
As causas mais comuns da fadiga são:
a) Tubos de perfuração trabalhando em compressão (falta de 
comandos suficientes);
b) Dog-Legs muito elevados (concentradores de tensões).
66
Alta Competência
As principais precauções necessárias são:
Verificar sempre que possível os •	 Dog-Legs no poço e 
inspecionar os tubos que trabalharam em áreas críticas de 
Dog-Legs elevados;
Verificar sempre o alinhamento entre o bloco de coroamento •	
e a mesa rotativa, evitado assim que os tubos de perfuração 
trabalhem sob flexão;
Colocar comandos suficientes para fornecerem peso sobre a •	
broca, bem como colocar comandos com diâmetros variados e 
HW para permitir uma mudança gradual de rigidez.
Evitar ranhuras e sulcos, e como a maioria das ranhuras e •	
sulcos é causada por pedaços de metal no poço ou por manuseio 
incorreto deve-se utilizar cunhas e mordentes adequados, tendo 
cuidados durante a colocação da cunha e da chave flutuante, 
bem como durante a movimentação da coluna. Deve-se sempre 
fazer inspeções visuais procurando detectar o mais cedo possível 
qualquer ranhura ou sulco.
Fazer um programa de inspeções, de forma a detectar o mais •	
rapidamente possível as micros fissuras que estão relacionadas 
com a fadiga, evitando assim, a quebra da coluna no poço, o 
que causa sempre grandes gastos.
atenÇÃo
Em unidades flutuantes adotar Kelly mais longo do 
que o usual (pelo menos 2,5 metros a mais) devido aos 
movimentos de Roll e Pitch.
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
67
2.2.12.2. Desgaste
Provocado pelo contato durante a perfuração da coluna com a parede 
do poço ou do revestimento, o desgaste é maior na zona de Dog-Legs, 
sendo assim é importante:
Verificar sempre que possível os •	 Dog-Legs no poço e inspecionar 
os tubos que trabalharam em áreas críticas de Dog-Legs 
elevados;
Verificar sempre o alinhamento entre o bloco de coroamento •	
e a mesa rotativa, evitado assim, que os tubos de perfuração 
trabalhem sob flexão;
Fazer um programa de inspeções, permitindo assim, detectar o •	
desgaste da coluna de perfuração;
Colocar protetores de borracha na coluna de perfuração, o que •	
diminui o desgaste e aumenta o torque;
Utilizar •	 tool joints com aplicação de material duro.
2.2.12.3. Esforços além dos limites
Geralmente ocorrem em operações especiais quando não se conhece 
exatamente o estado da coluna no poço. Por isso é recomendado 
inspecionar a coluna periodicamente.
2.2.12.4. Wash-Outs
Ocorrem geralmente por aplicação de torque insuficiente nas uniões 
ou pela existência de sulcos nos espelhos das mesmas, permitindo 
assim, a passagem de fluido de perfuração.
68
Alta Competência
Algumas ações para se minimizar este problema são:
Coloque sempre protetores de rosca na caixa e nos pinos para •	
não danificar as roscas;
Aplique o torque recomendado. A •	 API lista para cada tipo de 
conexão o torque mínimo a ser utilizado, normalmente se utiliza 
10% acima deste valor mínimo;
Lembre-se de que o torque é dado pelo comprimento da chave •	
multiplicado pela força na linha, a qual deve ser medida quando 
a força está a 90º com a chave flutuante. No caso de se utilizar 
chave hidráulica, lembre-se de calibrá-la;
Lembre-se da lubrificação dos fios das roscas quando executar •	
a conexão e também da existência de torque durante a 
perfuração;
Inspecione visualmente os espelhos das uniões antes das •	
conexões.
2.2.12.5. Corrosão
A corrosão pode ser definida como a alteração ou degradação de um 
material por efeito do meio ambiente.
Os principais tipos de corrosão são:
Tipo Representação
Uniforme
Placas
Alveolar
Pites
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
69
Os principais agentes corrosivos para os elementos tubulares são:
a) Oxigênio
Incorporado ao fluido de perfuração pelas peneiras, pistolas e 
agitadores, normalmente causa corrosão do tipo uniforme ou por 
pites. A corrosão por oxigênio é acelerada pela temperatura.
Podem ser citadas as seguintes precauções:
Lave os tubos após o uso;•	
Faça inspeções visuais;•	
Utilize desgaseificadores;•	
Utilize aditivos sequestradores de oxigênio.•	
b) Gás Carbônico
Incorporado ao fluido de perfuração através de kicks, água de preparo, 
decomposição térmica de sais e ação de bactérias sobre aditivos 
orgânicos, o gás carbônico causa corrosão do tipo pites, normalmente 
marrons e negros. Esta corrosão é acelerada em presença de oxigênio 
e valores altos de pH.
Podem ser citadas as seguintes precauções:
Controle o pH;•	
Evite água de preparo que contenha CO•	 2;
Evite inibidores adicionados ao fluido de perfuração;•	
Faça observação visual e inspeção.•	
70
Alta Competência
c) Gás Sulfídrico
Incorporado por degradação térmica de alguns aditivos, água de 
preparo e fluidos das formações, o gás sulfídrico causa corrosão 
por “pites” profundos de cor azul escuro a negro. Este processo é 
acelerado pela temperatura.
Podem ser citadas as seguintes precauções:
Mantenha o pH entre 9 e 11;•	
Utilize aditivos sequestradores;•	
Faça inspeção visual.•	
d) Bactérias
Incorporadas pela água de preparo e aditivos, as bactérias causam 
corrosão por pites e alveolar. Baixos valores de pH tendem a acelerar 
o processo de corrosão.
Podem ser citadas as seguintes precauções:
Mantenha o pH acima de 9;•	
Use bactericidas.•	
A maneira mais comum de se medir a taxa de corrosão é através de 
anéis colocados na coluna. Estes anéis são pesados antes de serem 
colocados na coluna de perfuração. Após determinado tempo, estes 
anéis são retirados da coluna e novamente pesados, podendo-se 
então estimar a taxa de corrosão na coluna de perfuração.
71
Exercícios
1) Defina coluna de perfuração. 
_______________________________________________________________________________________________________________________________
2) Marque a alternativa INCORRETA. 
São funções da coluna de perfuração, exceto:
( ) Aplicar peso sobre a broca.
( ) Transmitir a rotação para a broca.
( ) Conduzir o fluido de perfuração.
( ) Permitir enroscar e desenroscar a broca da coluna.
( ) Manter o poço calibrado.
( ) Garantir a inclinação e a direção do poço. 
3) Sobre a composição da coluna de perfuração, coloque V (verdadei-
ro) e F (falso) nas alternativas que seguem:
( ) A principal função do Kelly é fornecer peso sobre a broca.
( ) Os tubos de perfuração têm como principal função fazer 
uma transição mais gradual de rigidez entre os comandos e 
os tubos pesados.
( ) Os comandos possuem como principal função a transmissão 
do torque fornecido pela mesa rotativa, para a coluna, em 
forma de rotação. 
( ) A utilização dos tubos pesados permite diminuição da que-
bra de tubos nas zonas de transição de comando para tubos 
de perfuração.
Exercícios
72
Alta Competência
4) Relacione a primeira coluna com a segunda:
( 1 ) Chaves flutuantes
( 2 ) Cunhas
( 3 ) Colares de segurança
( 4 ) Uniões dos elementos tubulares
( ) São cônicas para facilitar o enroscamento e desenroscamen-
to dos elementos tubulares.
( ) São equipamentos que servem para apoiar totalmente a co-
luna de perfuração na plataforma.
( ) São equipamentos de segurança colocados nos comandos 
que não possuem rebaixamento para a cunha.
( ) São equipamentos que permitem dar o torque de aperto ou 
desaperto nas uniões dos elementos tubulares da coluna.
5) Defina tensão:
_______________________________________________________________
________________________________________________________________
6) Assinale a alternativa correta:
a) _____________ se refere ao giro de uma barra retilínea quando 
carregada por momentos (ou torques) que tendem a produzir ro-
tação sobre o eixo longitudinal da barra.
( ) Torção
( ) Tração
( ) Flexão
( ) Compressão
b) ______________ é quando ocorre uma deformação na direção 
perpendicular à da força atuante.
( ) Torção
( ) Tração
( ) Flexão
( ) Compressão
73
Exercícios
c) ______________ caracteriza-se pela tendência de alongamento 
do elemento na direção da força atuante.
( ) Torção
( ) Tração
( ) Flexão
( ) Compressão
7) Quais itens são importantes para se dimensionar uma coluna de 
perfuração?
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Complete as lacunas:
a) A tensão causada pela _______________ é a relação entre o 
______________e ____________________.
b) A pressão de colapso é resultante do diferencial de 
_________________________ e _______________ ao tubo quando 
a pressão _______________ é maior do que a______________. A 
ruptura mais comum nos elementos da coluna de perfuração é 
a_____________________. 
c) Em relação às velocidades críticas, sabemos que existem dois 
modos de vibração da coluna que são ____________________ 
e_________________.
9) Explique o que é a linha neutra dentro do processo de determina-
ção do BHA, e diga o porquê da importância de se realizar um cálculo 
correto desta linha.
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
________________________________________________________________
74
Alta Competência
10) Cite as principais causas da ruptura na coluna de perfuração.
________________________________________________________________
11) Um poço estava sendo perfurado a 2.350 metros com a seguinte 
composição de coluna:
BR 6 DC 7 ¾ “RED, 12 DC 6 ¾”, 15 HW , DP 5”.
Peso do fluido de perfuração 9,8 lb/gal 
DC 7 ¾ “ID – 3”
DC 6 ¾ ID 2 13/16 “
HW 5” ; 49,5 lb/pé 
Cada seção tem 90 pés 
DP 5” 19,5 lb/pé
Determine:
a) Fator de Flutuação.
75
Exercícios
b) 80% do peso dos comandos sobre a broca.
c) A distância da broca a linha neutra.
76
Alta Competência
d) O peso total da coluna em libras e toneladas.
API - American Petroleum Institute.
BNH - Escala Brinell de dureza.
Cisalhamento - é um tipo de tensão gerado por forças aplicadas em sentidos opostos 
de uma mesma direção no material analisado.
Empuxo - a força hidrostática resultante exercida por um fluido (líquido ou gás) 
em condições hidrostáticas sobre um corpo que nele esteja imerso.
Heavy Weight - tubos pesados.
Kick - influxo da formação para o interior do poço.
Range - faixa de medição.
Tool Joint - uniões cônicas.
Wash-outs - desgaste.
Glossário
77
Glossário
78
Alta Competência
HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais. Ed. 5ª. São Paulo: Pearson Education do 
Brasil Ltda, 2004.
THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de engenharia de Petróleo. Ed. 2ª. Editora 
Interciência. Rio de janeiro, 2001.
Normas:
API RP-7G - Recommended Practice for Drill Stem Design and Operation Limits. 
American Petroleum Institute, 1998. 
API-BULL-5C3 - Bulletin on Formulas and Calculations for casing, tubing,drill pipes 
and line pipes properties. American Petroleum Institute, 1994.
API-ESPC-7 - Specification for Rotary Drill Steam Elements. American Petroleum 
Institute
DS-1
Artigos:
SPE/IADC 16072 
SPE/IADC 29351
IADC/SPE 17206
IADC/SPE 17207
IADC/SPE 17211
IADC/SPE 19963
IADC/SPE 23841
IADC/SPE 23842
IADC/SPE 23843
IADC/SPE 23844
SPE 20248
SPE 22547
OTC 7569
Site: 
www.mspc.eng.br
Bibliografia
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
79
1) Defina coluna de perfuração. 
A coluna de perfuração é uma ferramenta que permite penetrar nas formações.
2) Marque a alternativa INCORRETA. 
São funções da coluna de perfuração, exceto:
( ) Aplicar peso sobre a broca.
( ) Transmitir a rotação para a broca.
( ) Conduzir o fluido de perfuração.
( X ) Permitir enroscar e desenroscar a broca da coluna.
Justificativa: Esta é uma função da chave de broca, uma ferramenta de manuseio.
( ) Manter o poço calibrado.
( ) Garantir a inclinação e a direção do poço. 
3) Sobre a composição da coluna de perfuração, coloque V (verdadeiro) e F (falso) 
nas alternativas que seguem:
( F ) A principal função do Kelly é fornecer peso sobre a broca. 
Justificativa: A principal função do Kelly é transmitir o torque fornecido 
pela mesa rotativa, para a coluna, em forma de rotação.
( F ) Os tubos de perfuração têm como principal função fazer uma transição 
mais gradual de rigidez entre os comandos e os tubos pesados. 
Justificativa: Os tubos de perfuração têm como principais funções: permitir 
circular o fluido de perfuração e transmitir o torque e rotação.
( F ) Os comandos possuem como principal função a transmissão do torque 
fornecido pela mesa rotativa, para a coluna, em forma de rotação.
Justificativa: A principal função dos comandos é fornecer peso sobre a 
broca.
( V ) A utilização dos tubos pesados permite diminuição da quebra de tubos nas 
zonas de transição de comando para tubos de perfuração.
Gabarito
80
Alta Competência
4) Relacione a primeira coluna com a segunda:
( 1 ) Chaves flutuantes
( 2 ) Cunhas
( 3 ) Colaresde segurança
( 4 ) Uniões dos elementos tubulares
( 4 ) São cônicas para facilitar o enroscamento e desenroscamento dos 
elementos tubulares.
( 2 ) São equipamentos que servem para apoiar totalmente a coluna de 
perfuração na plataforma.
( 3 ) São equipamentos de segurança colocados nos comandos que não 
possuem rebaixamento para a cunha.
( 1 ) São equipamentos que permitem dar o torque de aperto ou desaperto 
nas uniões dos elementos tubulares da coluna.
5) Defina tensão:
É a grandeza física definida pela força atuante em uma superfície e a área dessa 
superfície.
6) Assinale a alternativa correta:
a) Torção se refere ao giro de uma barra retilínea quando carregada por 
momentos (ou torques) que tendem a produzir rotação sobre o eixo longitudinal 
da barra.
( X ) Torção
( ) Tração
( ) Flexão
( ) Compressão
b) Flexão é quando ocorre uma deformação na direção perpendicular à da força 
atuante.
( ) Torção
( ) Tração
( X ) Flexão
( ) Compressão
c) Tração caracteriza-se pela tendência de alongamento do elemento na direção 
da força atuante.
( ) Torção
( X ) Tração
( ) Flexão
( ) Compressão
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
81
7) Quais itens são importantes para se dimensionar uma coluna de perfuração?
•	Profundidade	máxima	prevista	para	a	coluna;
•	Profundidade	total	da	fase;
•	Diâmetro	da	fase;
•	Pesos	da	lama	utilizados;
•	Fatores	de	segurança;
•	Peso	sobre	broca	máximo;
•	Equipamentos	Disponíveis;
•	Peso	Específico	do	Fluido	de	Perfuração;
•	Pressão	interna.
8) Complete as lacunas:
a) A tensão causada pela tração é a relação entre o espaço e área de aplicação. 
b) A pressão de colapso é resultante do diferencial de pressão externa e interna ao 
tubo quando a pressão externa é maior do que a interna. A ruptura mais comum 
nos elementos da coluna de perfuração é a pseudoplástica. 
c) Em relação às velocidades críticas, sabemos que existem dois modos de vibração 
da coluna que são vibração nodal e vibração axial.
9) Explique o que é a linha neutra dentro do processo de determinação do BHA, e 
diga o porquê da importância de se realizar um cálculo correto desta linha.
A linha neutra é o ponto onde a coluna não sofre esforço algum (tração ou 
compressão). A atenção deve ser tomada em seu cálculo, pois este ponto deverá 
estar na região dos comandos, que são apropriados para resistir aos esforços de 
compressão e tração.
10) Cite as principais causas da ruptura na coluna de perfuração.
Fadiga;	desgaste;	esforços	além	do	limite;	wash-outs;	e	corrosão.
82
Alta Competência
11) Um poço estava sendo perfurado a 2.350 metros com a seguinte composição 
de coluna:
BR 6 DC 7 ¾ “RED, 12 DC 6 ¾”, 15 HW , DP 5”.
Peso do fluido de perfuração 9,8 lb/gal 
DC 7 ¾ “ID – 3”
DC 6 ¾ ID 2 13/16 “
HW 5” ; 49,5 lb/pé 
Cada seção tem 90 pés 
DP 5” 19,5 lb/pé
Determine:
a) Fator de Flutuação.
ρ fluido = 9,8 lb/gal
ρ aço = 65,5 lb/Gal
α = Fator de flutuação
α = [1 – 9,8/65,5] = 0,85
b) 80% do peso dos comandos sobre a broca.
DC 7 ¾ “ID – 3’ Tabela → 136,1 lb/pé
DC 6 ¾ ID 2 13/16 “ Tabela → 101,3 lb/pé
Obs.: Cada seção tem 90 pés (Três tubos). Logo: 6 DC 7 ¾” corresponde a duas 
seções, e 12 DC 6 ¾” corresponde a quatro seções.
Peso no Ar:
6 DC 7 ¾ “ = 90x2x136,1 = 24.498 lb
12 DC 6 ¾ = 90x4x101,3 = 36.468 lb
Total de peso dos comandos no Ar = 60.966 lb
Peso imerso no fluido:
6 DC 7 ¾ “ = 90x2x136,1 = 24498 lb x 0,85 = 20.823,3 lb
12 DC 6 ¾ = 90x4x101,3 = 36468 lb x 0,85 = 30.997,8 lb
Total de peso dos comandos imerso no fluido = 51.821,1lb
Então: 
51821,1 → 100%
X → 80%
X = 41456,9 lb ou aproximadamente 19 toneladas.
Capítulo 2. Dimensionamento da coluna de perfuração
83
c) A distância da broca a linha neutra.
Comprimento dos DCs:
DC 7 ¾ “= Peso no Ar / Peso lb/pé = 24.498 lb / 136,1 lb/pé = 180 pés / 3,281 = 54,9 m
DC 6 ¾”= Peso no Ar / Peso lb/pé = 36.468 lb / 101,3 lb/pé = 360 pés / 3,281 = 109,7 m
Total do comprimento dos DCs = 164,6 m
Distância da broca até a linha neutra:
Peso (imerso) DC → h DC
51.821,1 lb → 164,6 m
80% (51.821,1 lb) → X
X = 131,68 m
d) O peso total da coluna em libras e toneladas.
Composição: BR, 6 DC 7 ¾ “RED, 12 DC 6 ¾”, 15 HW, e DP 5”.
Obs.: Despresamos o peso da broca e acessórios, pois não são significativos.
Peso e comprimento do HW:
15 HW corresponde a 5 seções de 90 pés.
Peso: 90 pés x 5x 49,5 lb/pé = 22.275 lb (Ar) x 0,85 = 18.933,8 lb (imerso)
Comprimento: 22.275 lb/ 49,5 lb/pé = 450 pés/ 3,281 = 137,2 m
Peso do DP:
Peso: 2048,2 x 3,281 x 19,5 lb/pé = 131.042,8 lb (Ar) x 0,85 = 111.386,4 lb (imerso)
Comprimento: 2048,2 m
Dos itens anteriores:
Peso do DC de 7 ¾ “= 20823,3 lb
Peso do DC de 6 ¾ “= 30997,8 lb
Logo:
Peso total da coluna lb e toneladas:
20.823,3 lb + 30.997,8 lb + 18.933,8 lb + 111.386,4 lb = 182.141,3 lb
182.141,3 lb ou aproximadamente 83 toneladas.