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OPERAÇÕES ESPECIAIS Material elaborado em parceria PrOMinP e Petrobras. Autor: Fernando Luiz Alves Freire OPERAÇÕES ESPECIAIS Programa Alta Competência 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. SumárioSumário Capítulo 1. Pescaria 1. Pescaria 13 1.1. introdução 13 1.2. Causas e prevenção de pescaria 14 1.2.1. Falhas humanas 14 1.2.2. Falhas no material 24 1.2.2.1. Desgaste periférico da ferramenta 24 1.2.2.2. Desgaste 24 1.2.2.3. Empeno nos tubos de perfuração 24 1.2.2.4. Fadiga 25 1.2.2.5. Espelho defeituoso 25 1.2.2.6. Desgaste por atrito dos mordentes da cunha 25 1.2.2.7. Danos causados por string shot 26 1.2.2.8. Desgaste na rosca 26 1.2.3. Falhas devido a condições adversas 26 1.2.3.1. Desmoronamentos 26 1.2.3.2. Desmoronamento de calcário 28 1.2.3.3. Desmoronamento de basalto 28 1.2.3.4. Desmoronamento de areia 29 1.2.3.5. Fechamento de poço 29 1.2.3.6. Perda de circulação 30 1.2.3.7. Prisão por chaveta 31 1.2.3.8. Prisão por diferencial de pressão 31 1.3. Ferramentas da pescaria 32 1.3.1. Classificação das ferramentas de pescaria 32 Capítulo 2. Teste de formação 2. Teste de formação 39 2.1. Definição 39 2.2. Objetivos 39 2.3. Etapas 39 2.4. Classificação 43 2.5. Dinâmica de teste 45 2.6. Teste de formação 47 2.6.1. Definição 47 2.6.2. Objetivos 47 2.7. Equipamentos de subssuperfície 47 2.8. Equipamentos de superfície 63 2.9. Teste de superfície 68 2.10. Cuidados operacionais 68 2.11. Testemunhagem 69 Exercício 71 Bibliografia 92 Gabarito 93 Figura 1.1 - (a) Overshot, (b) Taper top, (c) Jars, (d) Cortador hidráulico externo, (e) Subcesta 34 Figura 2.1 - Ferramenta de teste de formação 46 Figura 2.2 - (a) DCiP, (b) HS Index 49 Figura 2.3 - Packer 51 Figura 2.4 - Sub pumpout 56 Figura 2.5 - Choke Manifold 65 Figura 2.6 - Separador 66 Figura 2.7 - Queimador 67 Lista de Figuras C ap ít u lo 1 Pescaria 12 Alta Competência 13 Capítulo 1. Pescaria 1. Pescaria Então..., Quem falou para o “cara” aqui que nós vamos pescar? 1.1. Introdução na indústria do petróleo, a palavra pescaria significa o conjunto de operações executadas a fim de se recuperar ferramentas ou objetos que se quebram, ficam ou caem no poço. Como correspondência ao nome pescaria, as ferramentas ou objetos perdidos no poço têm o nome de peixe e os instrumentos utilizados na recuperação deles são denominados pescadores ou ferramentas de pescaria. O presente módulo visa detalhar os procedimentos operacionais em pescaria, de forma a maximizar o aspecto segurança na execução dessa atividade. Destina-se a todo o pessoal envolvido em atividades ligadas à perfuração de poços de petróleo, e tem como finalidade principal alertá-lo sobre as diversas causas possíveis de pescaria, com o intuito de evitar que ela ocorra, pois acredita-se que a melhor ferramenta de pescaria é aquela que evita a sua ocorrência. 14 Alta Competência São apresentados também uma descrição sucinta das principais ferramentas de pescaria utilizadas pela Petrobras, os roteiros básicos e os cuidados a serem observados em cada ocorrência, no sentido de auxiliar na correta execução da pescaria. Esses roteiros se baseiam na experiência dos profissionais técnicos em pescaria de poços. Finalmente, são feitas algumas recomendações quanto à manutenção de todas as ferramentas de pescaria utilizadas, seu manuseio e correto armazenamento, especialmente aquelas ferramentas que irão permanecer na sonda, a serem observadas sempre que se concluir uma operação de pescaria. 1.2. Causas e prevenção de pescaria Toda pescaria apresenta basicamente uma característica acidental e, como qualquer acidente, pode ter origem em diversas causas, dentre as quais as destacadas abaixo. 1.2.1. Falhas humanas a) Inobservância de parâmetros básicos e de recomendações técnicas Peso sobre a broca e potência da mesa rotativa• numerosos casos de pescaria de cones e rolamentos de brocas, braços e cones de alargadores e quebra de coluna têm ocorrido em função da inobservância do peso adequado sobre a broca e do controle de potência da mesa rotativa (escolha da marcha de força ideal para trabalhar com a rotação recomendada, durante a perfuração). Considere-se a situação em que se está perfurando com broca cuja rotação recomendada é acima de 100 rpm. imagine-se, ainda, que a potência instalada na sonda seja elevada. Se a potência disponível na mesa for alta e ocorrer uma prisão da coluna por queda de objeto estranho, travamento de cone etc., o excesso de torque poderá quebrar a coluna e comprometer os demais componentes. 15 Capítulo 1. Pescaria Aperto de coluna (revestimento, de perfuração ou especial)• O aperto inadequado da ferramenta é também responsável por grande número de quebras de coluna. Quando o aperto é excessivo, provoca o esmagamento do espelho da conexão e dos filetes das roscas, podendo até causar o escoamento do pino. Quando o aperto é insuficiente, causa vazamentos e concentração de esforços de flexão na conexão. Medição de coluna• Falhas de medição, substituição e retirada de componentes da coluna, erros de cálculo e de passagem de serviço são as causas que levam a topadas com a coluna de perfuração, cimentação de revestimento em profundidade inadequada, tentativa de assentamento de ferramentas em pontos inadequados etc. A falta de medidas, tais como diâmetros externos, diâmetros internos e comprimento de pescoço de pescaria dificultam e, por vezes, impedem as operações de pescaria. Lubrificantes• O uso de lubrificantes não-recomendados pode resultar em desgaste excessivo dos filetes das roscas, bem como em dano à superfície dos espelhos, tanto diminuindo as resistências à tração e ao torque, quanto comprometendo a eficiência de vedação da conexão. Hidráulica • Quando a vazão alcança o limite superior da pressão de bombeio e permanece insuficiente para efetuar uma boa limpeza do poço, a perfuração está sendo feita com hidráulica deficiente. 16 Alta Competência Esse problema ocorre principalmente em poços profundos e que tenham sofrido desmoronamento, encontrando-se, portanto,alargados. Ocorre também em poços direcionais, com ângulos de inclinação elevados, nos quais se requer, para se conseguir uma boa limpeza, uma vazão superior às utilizadas para poços verticais. nesses casos, pode ocorrer significativa perda de rendimento da perfuração, porque não se consegue efetuar uma conexão sem ter de repassar o mesmo tubo várias vezes. isso devido ao fato de a velocidade de retorno nos trechos alargados se tornar insuficiente para arrastar os cascalhos. Prosseguir nessas condições pode conduzir a prisões. Circulação prolongada sem movimento também pode causar prisão, devido à formação de pontes e canalização do fluido. b) Manutenção deficiente do equipamento de perfuração A manutenção deficiente do equipamento de perfuração pode resultar em pescaria, devido, principalmente, aos fatores abaixo especificados: Parada da mesa rotativa• Pode ocasionar prisão por diferencial de pressão. Interrupção da circulação• A parada de circulação, especialmente nos momentos de ascensão de grande quantidade de cascalhos, tem probabilidade de provocar a prisão por decantação de detritos sobre a broca ou sobre os estabilizadores. 17 Capítulo 1. Pescaria Ocorre principalmente por necessidade de reparo em componente do sistema de circulação, por ineficiência da manutenção de primeiro escalão, como, por exemplo: substituição oportuna de engaxetamentos da camisa do swivel, pistões de bombas, juntas de tampões, engaxetamento de uniões e correção imediata de pequenos vazamentos ou, ainda, falha na manutenção de segundo escalão no que se refere à correção de vazamentos do óleo lubrificante do swivel (pode ocasionar o travamento dos rolamentos e consequente acidente com a mangueira de injeção), inobservância na eficiência de lubrificação do sistema de transmissão de força etc. Cabo de perfuração• Correr e cortar oportunamente o cabo não resolve todos os problemas relacionados a ele. É necessário, também, cuidar da sua conservação na bobina e ter especial atenção para o trecho do cabo entre a bobina e a âncora, no qual há uma tendência à formação de uma curva, devido ao próprio peso desse cabo, bem como quando ele se apoia no solo, visto que fica sujeito à corrosão e/ou ao impacto de objetos. c) Uso inadequado do equipamento O uso inadequado de equipamento tem sido a causa principal de grande número de pescarias. Vejamos alguns casos típicos: Cunhas• Quando se usam cunhas inadequadas para a tubulação em operação ou cunhas nas quais faltam mordentes, a área de sustentação das cargas será reduzida, o que pode provocar colapso, queda de mordentes, queda da cunha e até da coluna no poço. É importante observar a carga nominal da cunha. Usar a cunha como freio da coluna durante manobras de descida pode colapsar o corpo do tubo, provocar cortes concentradores de esforços e quebras prematuras do tubo, além de causar danos à cunha. Tratando-se de cunha de comandos, pode ocorrer quebra de mordente, links e queda da própria cunha no poço. 18 Alta Competência Elevadores (dimensão e carga nominal)• Elevadores fora do range recomendado pelo fabricante, inadequados para o tipo de tool joint em uso ou com pouca tensão na mola de travamento, com desgaste interno e nos pinos de articulação, podem não só provocar queda de coluna, mas também acidentes pessoais. Usar elevador 90° em tool joint 18° pode ocasionar queda da coluna por ação de acunhamento do tool joint elevador, provocando sobrecarga na tranca e, consequentemente, abrindo-o. O problema é agravado em poços profundos, com colunas pesadas. Essa observação também é válida para os subs de elevação de comandos, os tubos de lavagem, as ferramentas especiais etc. Colar de comandos• O assentamento irregular do colar de comandos pode permitir a queda da coluna no poço, se esta escorregar da cunha, em função de: Desnivelamento dos mordentes;• Desnivelamento do conjunto de links do colar.• Chaves flutuantes• Usar chaves flutuantes de forma inadequada traz os seguintes inconvenientes: Com ângulo diferente de 90°, o torque aplicado será inferior • ao especificado e, além disso, como a linha de centro de cabo se desloca em direção ao tubo, corre-se o risco de empená-lo, retirar a cunha da mesa e até partir os mordentes da chave. O posicionamento da chave fora do plano horizontal que • contém o molinete pode retorcer o cabo da chave, tendo em vista que ele é uma estrutura i, dimensionado para receber esforço no mesmo plano. Quebra de mordentes ou pinos da chave são comuns nessa situação. Pode ainda empenar o tubo ou até mesmo quebrá-lo dentro da cunha. 19 Capítulo 1. Pescaria A distância vertical entre chaves deve ser a menor possível • para minimizar o efeito de desalinhamento da coluna e consequente aperto insuficiente; Quando se estiver manobrando, deve-se evitar o uso de uma • chave flutuante para apertar a coluna, o que pode provocar giro do tubo na cunha, criando cortes transversais no corpo do tubo. d) Desatenção Pode-se afirmar que mais de 90% das pescarias de pequenos objetos caídos no poço têm como origem a falta de atenção quanto aos cuidados elementares: Tampa do poço;• Uso de limpador de tubo;• Manuseio de pequenas ferramentas tais como: alavancas, • chave de colar, chave de broca para troca do elevador, chaves de acionamento do kelly cock, marretas, etc. e) Imperícia Vejam-se alguns casos típicos de imperícia que conduzem à pescaria: Brocas• A falta de sensibilidade e de verificação por parte do operador quanto ao desgaste da broca de perfuração pode causar uma pescaria de cones de broca, de rolamentos e de prisão de coluna durante a substituição de brocas. A falta de análise da broca anterior e a tentativa de economizar tempo de sonda, evitando-se a retirada do último tubo para repassar o intervalo com diâmetro reduzido, também podem ocasionar a prisão por acunhamento da broca nova. 20 Alta Competência Vazão x pressão• A falta de sensibilidade para com a variação de pressão em função da vazão impede detectar, em tempo hábil, furo na coluna, queda de jatos, erro de manobra no manifold, perda da eficiência volumétrica da bomba etc. O furo na coluna pode desviar considerável parcela da vazão e comprometer o resfriamento e a lubrificação da broca, a limpeza abaixo do furo pode causar jateamento da parede do poço, com consequente desmoronamento, quebra da coluna por erosão e prisão dessa coluna devido ao acúmulo de cascalho do furo, principalmente se este estiver diante de formação friável. Acomodação da ferramenta ao poço• Modificações na composição de fundo (acréscimo, substituição ou mudança de posição de estabilizadores ou comandos, substituição de lâminas de estabilizadores, inclusão de kelly seat wippers etc.) podem implicar uma prisão de ferramenta. Essas mudanças de rigidez ou de calibre exigem um condicionamento de poço, adequando-o ao novo conjunto de fundo. Atitudes diante de uma ameaça de prisão• Aplicação de tração excessiva, quando se lida com ameaça de prisão, resulta prisão efetiva da coluna. Uma referência prática para essa situação, no caso de broca acima do fundo, seria tentar a liberação para baixo, trabalhando com o peso dos comandos, evitando tracionamento, além do peso da coluna, de mais que metade do próprio peso dessa coluna. Exemplo: se a coluna presa pesa 100 ton, ao tracioná-la, a leitura no indicador deverá ser, no máximo, 150 ton. 21 Capítulo 1. Pescaria Quando ocorrer a ameaça de prisão por decantação de cascalhos ou desmoronamento do poço, nunca se deve aplicar elevada pressão de bombeio ao se tentar estabelecer circulação, pois isso causa o embuchamento dos cascalhos e a consequente prisão da coluna, bem como a perda de circulação. Com a pressãode bombeio baixa, em torno de 300 a 400 psi, o fluido de perfuração vai abrindo caminho entre os cascalhos e lentamente irá restabelecendo a circulação, pois sempre fica um filme do fluido entre os cascalhos desmoronados ou decantados. Outra atitude prejudicial, no momento da ameaça da prisão, é a liberação brusca do torque acumulado, que pode causar desenroscamento simultâneo da coluna. Em poços de grande diâmetro, esse acidente poderá permitir a acumulação de dois ou mais peixes lado a lado dentro do poço, dificultando a operação de pescaria. Condicionamento do poço• Operações especiais requerem adequado condicionamento de poço. Uma coluna testadora, especialmente quando se trata de teste seletivo, descida em poço com más condições mecânicas, tem grande probabilidade de prender a coluna do poço, deixar cunhas de âncora e pedaços de borracha, induzir a perda por pistoneio na descida e provocar kick ou fechamento de poço na subida. Durante a fabricação e o tratamento do fluido, bem como durante a perfuração, é indispensável o acompanhamento técnico eficiente, visando evitar adição imprópria de componentes do fluido e o uso de produtos deteriorados, bem como manter as características ideais do fluido durante a perfuração. Deve-se evitar fazer um tratamento de choque no fluido de perfuração com a coluna de lavagem, com barrilete de testemunhagem ou com outras ferramentas especiais no poço aberto, pois esse tratamento poderá acarretar a prisão da coluna. 22 Alta Competência Descer um barrilete testemunhador com o poço em más condições mecânicas pode ocasionar acunhamento. Deve-se ter atenção especial para evitar descer coroa de diamantes sobre ferro para o fundo do poço. Revestimento• Acreditar no aperto original da luva do revestimento tem sido causa de jump-out. Esse fato foi constatado pela observação de que, na maioria dos casos, o topo do peixe é quase sempre pino. Quando, durante a descida do revestimento, se trabalha com chaves flutuantes comuns, deve-se posicioná-las no corpo dos tubos superior e inferior, respectivamente, por ocasião do aperto. nunca sobre a luva. Descer coluna de revestimento em poços profundos exige o uso do elevador especial tipo cunha, porque a luva de um revestimento, apoiada em um elevador comum, não oferece uniformidade para distribuição da carga da coluna. A ausência de protetores de revestimento nos tubos de perfuração é causa frequente da ocorrência de furos no revestimento, exigindo, muitas vezes, a realização de emendas (casing patch). Cimentação mal executada pode causar a queda das últimas juntas por ação da rotação da coluna de perfuração. Sérias prisões e até necessidade de desviar o poço podem se seguir a esse fato. Mudanças de posição dos tubos de revestimento, visando satisfazer a exigências de medidas, podem ocasionar a colocação incorreta de tubos quanto à resistência crítica no ponto em questão. f) Revestimentos O controle de qualidade ineficaz pelo operador conduz a pescarias de poços por falhas humanas, também de outras formas, tais como: 23 Capítulo 1. Pescaria Brocas• Soldagem imperfeita nas pernas de brocas, defeito na selagem dos rolamentos e calibre original da broca maior que o nominal são algumas falhas de controle de qualidade capazes de conduzir a pescarias. roscas• Em revestimentos e tubos de lavagem, têm-se notado defeitos elementares na abertura das roscas, tais como: ovalização da matriz, excentricidade no torneamento da matriz, rosca não-especificada para o peso do tubo (roscas de tubos de lavagem com mesmo OD variam em função do peso nominal do tubo), os quais provocam queda de juntas no poço. Pequenas fraturas, detectadas a olho nu, geralmente notadas na matriz da rosca, são bons indicadores da possível existência de outras ao longo do tubo, podendo ser causadoras de furos posteriores. revestimentos• Danos causados ao revestimento durante o manuseio da coluna, especialmente pequenas deformações na luva, reduzem consideravelmente a resistência à tração da coluna de revestimento. Corrosão é também um aspecto do controle de qualidade, a ser considerado a fim de se evitar problemas de rupturas ou colapso. g) Outros fatores Todas essas falhas humanas e muitas outras possíveis de ocorrer podem estar associadas a problemas comportamentais de origem variada, tais como: cansaço, problemas familiares, relacionamento conflituoso no trabalho, adaptação insatisfatória ao tipo de função, treinamento deficiente etc. 24 Alta Competência 1.2.2. Falhas no material Os seguintes elementos podem ser destacados, quanto ao aspecto deficiência de material, como grandes causadores de pescaria: 1.2.2.1. Desgaste periférico da ferramenta O desgaste periférico dos componentes da coluna de perfuração pode provocar pescaria em função das razões abaixo listadas. redução de resistência ao torque nas conexões, devido à • diminuição da área de contato do espelho, comprometendo também a vedação. Em se tratando de comandos, o desgaste periférico tem como • efeito a concentração de flexão sobre a conexão, facilitando a quebra na raiz da rosca. Quando o desgaste é excêntrico, aumenta a oscilação lateral da • coluna devido ao desbalanceamento da massa, especialmente em comandos. Quando o desgaste se dá no corpo do tubo, causa a diminuição • das resistências à tração, colapso e pressão interna, bem como facilita a quebra do tubo quando muito solicitado em poços direcionais ou desviados. 1.2.2.2. Desgaste Pode ser causado pela ação dos seguintes elementos: fluidos portadores de sólidos abrasivos, gás sulfúrico e oxidações, reduzindo, dessa forma, as resistências a esforços do tubo. 1.2.2.3. Empeno nos tubos de perfuração Antecipa a ruptura por fadiga em consequência da intensificação das flexões. 25 Capítulo 1. Pescaria Diante de formações friáveis, agrava problemas de desmoronamentos, devido à ampliação da oscilação lateral, principalmente se associada a efeitos de ressonância. O empeno nos tubos acelera o desgaste externo por atrito com a parede do poço. 1.2.2.4. Fadiga Quebras de colunas são muito frequentes na zona de transição entre comandos e tubos. Entre todos os tubos, o primeiro tubo acima dos comandos é o mais tendente à fadiga, por estar sujeito às oscilações laterais e verticais da coluna de comandos e às vibrações provenientes da broca. Uma boa medida para uniformizar a fragilização ao longo da coluna é alternar o posicionamento do primeiro tubo. inserir HW entre os comandos e os tubos é a melhor medida preventiva. Amortecedores de vibração minimizam esses efeitos. 1.2.2.5. Espelho defeituoso Manuseio de tubos sem protetores, arrumação de seções estaleiradas na sonda com o uso de ferramenta imprópria, atrito de corrente de enroscar tubo entre espelhos, choques do pino da seção sobre o espelho da caixa, bem como outras razões podem causar concentração de flexão na raiz da rosca e wash out, problemas que facilmente conduzem a pescarias. 1.2.2.6. Desgaste por atrito dos mordentes da cunha As resistências a tração, torque, pressão interna e colapso podem ser seriamente afetadas pela ação dos mordentes da cunha. Os cortes transversais provocam concentração de esforços. Furos no corpo do tubo são comumente encontrados no local de trabalho das cunhas. 26 Alta Competência 1.2.2.7. Danos causados por string shot Durante operações de pescaria da coluna por partes, costuma-se proceder ao desenroscamento com auxílio de explosivos. Tabelas do fabricante dimensionam as cargas explosivas com relação à profundidade e à resistência da conexão em questão. Mesmo assim, podem ocorrer microfraturas, dilatação na caixa ou expansão no corpo do tubo, comprometendo consideravelmente as resistências a esforços.1.2.2.8. Desgaste na rosca Tem como consequências principais a distribuição irregular da carga nos filetes, reduzindo a resistência à tração, decorrente da diminuição da área de contato entre os filetes do pino e da caixa. Da mesma maneira, diminui a resistência ao torque na conexão e propicia fadiga na raiz da rosca. 1.2.3. Falhas devido a condições adversas Além das falhas humanas e das deficiências de material, condições adversas sobre as quais há pouca possibilidade de ação corretiva imediata são causadoras de muitas pescarias. As principais adversidades encontradas em um poço e capazes de gerar pescaria são: 1.2.3.1. Desmoronamentos Chama-se “desmoronamento” a queda de pedaços das paredes do poço na forma de lascas, pedras ou blocos. É interessante notar que, nesse sentido, as argilas plásticas e os evaporitos profundos, como a halita, a carnalita etc., não desmoronam, apenas escorregam para dentro do poço, estreitando o diâmetro deste. Desmoronamento de folhelhos ocorre em função das causas abaixo especificadas. 27 Capítulo 1. Pescaria a) Alta pressão de poros Sem dúvida, a maior causa dos desmoronamentos de folhelhos é sua elevada pressão de poros. A pressão nos folhelhos varia muito em um mesmo poço, ora subindo, ora descendo de valor. isso dificulta o estabelecimento correto da densidade do fluido de perfuração. Densidades altas retardam a perfuração e podem causar prisão; densidades baixas deixam os folhelhos desmoronar; e densidades médias não são capazes de eliminar todos esses problemas. b) Hidratação Os desmoronamentos de folhelhos argilosos podem ocorrer como resultado de sua hidratação. O filtrado de uma lama penetra alguns centímetros entre os planos de estratificação do folhelho, hidratando-o e criando uma força de inchamento, que atua de dentro da parede para dentro do poço, empurrando-a até desmoronar. c) Lavagem de sais solúveis Quando se atravessa uma camada inesperada de sal com fluido à base de água doce ou de baixas salinidades, provoca-se a dissolução dessa camada e cria-se uma caverna. Se o teto dessa caverna for folhelho, certamente desmoronará, buscando uma configuração de maior estabilidade. 28 Alta Competência d) Turbilhonamento do fluido Em alguns casos muito específicos, um turbilhonamento vigoroso do fluido pode causar ou acentuar o desmoronamento de folhelhos. nesse caso, aqueles folhelhos microfraturados, secos, duros e quebradiços, que estalam sob a pressão dos dedos e se estilhaçam com facilidade. A maioria das prisões em folhelhos desmoronáveis acontece porque a ferramenta é tracionada excessivamente, forçando o seu acunhamento no cascalho e causando, inclusive, o bloqueio total da circulação. 1.2.3.2. Desmoronamento de calcário O calcário aflorante ou raso, além de causar sérios problemas de perda de circulação, é muito frágil e não resiste ao impacto de lâminas de estabilizadores. Seu desmoronamento costuma ocorrer na forma de paralelepípedos de tamanho suficiente para acunhar a coluna de perfuração. Como se trata de rocha fácil de perfurar, comumente aplica-se peso sobre a broca e rotação elevada, o que pode ocasionar a quebra na base dos pinos dos comandos no momento do acunhamento, devido ao elevado momento de inércia da rotação. Para evitar esses desmoronamentos, o melhor é usar estabilizadores de borracha, que ficam parados e permitem o giro livre da coluna no seu interior. Além disso, o emprego de amortecedores de choque evitará que a própria broca quebre a formação em blocos desmoronáveis. 1.2.3.3. Desmoronamento de basalto na perfuração de soleiras resultantes de derrames basálticos, tem ocorrido desmoronamentos que vêm sendo resolvidos com aumento do peso do fluido de perfuração. Avançar a perfuração sob tais condições só tem sido possível com lama de 13 ib/gal, ou mais. 29 Capítulo 1. Pescaria 1.2.3.4. Desmoronamento de areia Uma das mais frequentes causas de desmoronamento de areia é, sem dúvida, a ocorrência de perda de circulação. Quando se tem uma camada espessa de areia mal consolidada, sobreposta a uma formação calcária fraturada, costuma acontecer a perda de circulação e, nesse momento, o nível hidrostático cai, podendo não conferir pressão suficiente para conter aquíferos existentes na areia. As prisões de ferramenta por desmoronamento da areia costumam ser severas e o sintoma típico é a perda de circulação que antecede o fato, bem como ter-se deixado o poço em estática, por exemplo, nas conexões ou nas manobras. 1.2.3.5. Fechamento de poço O fechamento do poço pode ser total ou parcial e geralmente resulta em pescaria, que quase sempre está associada a um ou mais dos fatores elencados abaixo. a) Hidratação Os folhelhos, a depender de muitos fatores, dentre eles a composição mineralógica das argilas originais, o filtrado da lama, o pH do filtrado etc., podem causar fechamento de poço por hidratação. b) Deslizamento As argilas moles, bem como os sais, a halita, a carnalita etc., a grandes profundidades, costumam apresentar alta plasticidade e escorregam para dentro do poço. O fenômeno é mais grave quando, pelo movimento tectônico da crosta terrestre, esses elementos ficam sujeitos a pressões anormais. 30 Alta Competência c) Swab Ao retirar-se a ferramenta do poço, há sempre uma queda de pressão natural, devido à própria velocidade ascencional da tubulação. Chama-se swab essa variação negativa de pressão, ocorrida nessas retiradas. O fechamento do poço por swab acontece quando se puxa a ferramenta muito rapidamente, frente a uma zona de argila mole ou de evaporito profundo. Mesmo que os estabilizadores não estejam encerrados, o swab existirá e será tanto maior quanto menores forem os jatos da broca e mais elevados os valores reológicos do fluido. Mesmo que a ferramenta saia sem nenhum arraste, o poço pode fechar abaixo da broca, pela perda repentina de pressão. 1.2.3.6. Perda de circulação As perdas podem ser parciais ou totais, quanto ao volume de fluido que consegue retornar do poço, na condição normal de bombeio. Basicamente, o tipo de formação que se perfura é que determina a natureza da perda. Folhelho, por exemplo, geralmente só implica menos perda de circulação que: trabalhos de fraturamento provocado; calcário fraturado e calcário cavernoso, por simples invasão; areia, por invasão ou infiltração. Se um poço tiver zonas de folhelho e calcários expostos, e a perda ocorrer por sobrepressão no poço, com certeza a fratura terá sido no calcário, mesmo que este já não esteja sendo perfurado. Geralmente, a pressão de poros do calcário que perde pressão é bastante baixa, em torno de 6 ib/gal. Sua pressão de fraturamento pode ser inferior a 9 ib/gal. 31 Capítulo 1. Pescaria Alta velocidade de descida da coluna é uma das principais causas da indução de perda de circulação. O recalque da lama pode ser minimizado pela escolha da velocidade correta de manobra, compatível com as características geométricas da coluna e da reologia do fluido de perfuração. isso ocorre, por exemplo, na descida da coluna de teste de formação, da coluna de lavagem etc. 1.2.3.7. Prisão por chaveta Quando um poço, por qualquer motivo, sofre um desvio muito acentuado, forma o que se chama dog leg. O tubo que atrita contra a parede do poço, diante do dog leg, cria um canal, que tem o diâmetro desse tubo. Ao se retirar a coluna, os comandos não conseguem passar no canal feito pelo tubo de perfuração e, se houver excesso de tracionamento, podem ficar acunhados. nesse tipo de prisão, a circulação continua plena e o movimento da coluna para baixo é normal, desde que os comandos não estejam acunhados. O uso de um estabilizador de menor diâmetro, no topo dos comandos, evita que estes sejam dirigidospara o canal da chaveta. 1.2.3.8. Prisão por diferencial de pressão Quando se perfura com diferencial de pressão alto em frente à formação de alta permeabilidade e, por qualquer motivo, a coluna fica parada, a prisão desta pode ocorrer em virtude do desencadeamento dos seguintes eventos: Diferencial de pressão atuando por mais tempo aumenta o • volume do filtrado; Grande filtrado conduz a espesso reboco;• Aumento do reboco faz crescer a área de contato entre a • coluna e a parede do poço; Acréscimo na área de contato aumenta a força de atrito.• 32 Alta Competência A força que provoca a restrição ao movimento da coluna é proporcional à área de contato e ao diferencial de pressão. O tempo é fator importante, porque a extensão da área presa cresce com ele. 1.3. Ferramentas da pescaria Há uma variedade muito grande de fornecedores de ferramentas de pescaria. As descrições aqui encontradas são sucintas, não abrangendo todas as formas nas quais cada ferramenta pode ser encontrada e, para maiores detalhes, o manual específico deverá ser consultado. 1.3.1. Classificação das ferramentas de pescaria a) Ferramentas para recuperação de material tubular Ferramentas agarradoras:• Externo: Overshot• (Fig. 1.1 a); Die-collar• . interno: Pino pescador;• Spear• ; Taper tap• (Fig. 1.1 b). 33 Capítulo 1. Pescaria Ferramentas defletoras:• Knuckle-joint• ; Bent sub• ; Tubo torto.• Ferramentas de desconexão:• Junta de segurança;• String shot• ; Reversing tool• ; Coluna com rosca à esquerda.• Ferramenta multiplicadora de força e afins:• Bumper sub• ; J• ars; (Fig. 1.1c) Suface bumper jars• ; Acelerador de • jar; Hydraulic pulling tool• . 34 Alta Competência (a) (b) (c) (d) (e) Figura 1.1 - (a) Overshot, (b) Taper top, (c) Jars, (d) Cortador hidráulico externo, (e) Subcesta Cortadores:• Externo: Mecânico;• Hidráulico (Fig. 1.1d). • interno: Mecânico;• Hidráulico;• Químico;• Sand-cutters• ; Jet-cutters• ; Severing tools• . 35 Capítulo 1. Pescaria Ferramentas indicadoras:• Estampador;• indicador de ponto livre;• C.C.l.;• Perfil indução.• Ferramentas de lavagem:• Externa: Tubos de lavagem e acessórios.• interna: Tubos macarroni e acessórios;• Turbines • slim-hole; Power sub• ; Flexi-tubo.• Ferramentas para recuperação de material não tubular:• Subcesta (fig. 1.1e); • Junk-basket• ; Canguru;• Alligator;• Magneto;• Arpões.• 36 Alta Competência Ferramentas destruidoras:• Trituradoras: Junk-mill• ; Taper-mill• ; Pilot mill/dressing mill• ; Section mill• ; Key seat wiper• (key seat reamer). Explosive fragmentadora: Junk shot• . Ferramentas restauradoras de revestimento:• Casing roller• ; Casing patch• . C ap ít u lo 2 Teste de formação 38 Alta Competência Capítulo 2. Teste de formação 39 2. Teste de formação 2.1. Definição O teste de formação também é conhecido como avaliação da formação, e consiste na determinação do valor das formações rochosas quanto à produção comercial de hidrocarbonetos (gás, óleo, condensado). 2.2. Objetivos Com todos os investimentos feitos em avaliação das formações, bem como com as atividades constantes desta, visam-se alcançar os seguintes objetivos: identificar os diversos tipos de rochas;• Localizar as formações com fluidos;• Determinar o fluido existente;• Determinar a produtividade da jazida;• Verificar o valor comercial;• Calcular as reservas.• 2.3. Etapas a) Geofísica nessa etapa, através de pesquisas realizadas na superfície, procuram- se determinar informações sobre as camadas de rocha existentes em uma dada região. 40 Alta Competência Os principais métodos de pesquisa geofísica são: Método gravimétrico• As variações da atração gravitacional podem ser registradas por instrumentos de alta sensibilidade, denominados gravímetros. Um levantamento gravimétrico pode detectar anomalias devido às diferenças de densidade das rochas. Esse método permite a localização de Domos Salinos e áreas com instruções de rochas ígneas. Método magnético• Consiste no registro das distorções do campo magnético terrestre. Utiliza o magnetômetro, normalmente por via aérea, o que permite, com rapidez, a prospecção de vastas áreas. Esse método pode revelar a existência de intrusões de rochas ígneas, pelo fato destas possuírem maior quantidade de minerais magnéticos. Também dá uma ideia da espessura das rochas sedimentares. Método sísmico• Utiliza a propagação de ondas através da terra. implica a produção de abalos sísmicos artificiais, com explosivos. As ondas refletidas em descontinuidade na subsuperfície são registradas através dos geofones na superfície, medindo-se o tempo entre a emissão do abalo e o retorno da onda sísmica. A velocidade de propagação das ondas mecânicas é estabelecida em função das constantes elásticas e da densidade do meio. Conhecendo-se a velocidade de propagação da onda sísmica, têm-se as profundidades das camadas refletoras. O método sísmico é o mais usado na busca do petróleo. As pesquisas geofísicas fornecem uma ideia das seguintes informações: Capítulo 2. Teste de formação 41 Tipos de rochas;• Espessura das formações;• Deformações da estrutura rochosa;• Área da bacia rochosa.• Com base nessas informações, é feito um estudo geológico sobre a possibilidade de existência de condições favoráveis à geração e à acumulação de hidrocarbonetos na área. Caso o estudo revele-se positivo, é selecionada uma alocação na área mais promissora da bacia para perfuração. b) Perfuração não obstante os estudos geológicos e os métodos geofísicos poderem sugerir as mais promissoras locações, somente a perfuração de um poço poderá confirmar a existência do petróleo. Durante essa etapa, diversos indícios podem ajudar a alcançar os objetivos da avaliação das formações. Alguns desses indícios são: Velocidade de perfuração;• Testemunhos;• Amostras de calha;• Detentor de gás;• Kicks• ; Perdas de circulação;• Perfilagem.• 42 Alta Competência Cabe ressaltar que as informações mais significativas, durante a etapa de perfuração, são fornecidas através das operações de perfilagem. Essas operações consistem em descer no poço uma ferramenta que registra dados de acordo com as profundidades e com as propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, acústicas e radiativas das formações. A análise dessas propriedades permite determinar as seguintes informações sobre o reservatório: Litologia (tipo de rochas);• Espessuras permeáveis;• Porosidade;• Prováveis fluidos;• Saturações.• Apesar da grande quantidade de informações fornecidas pelos perfis, eles têm uma grande limitação, que consiste no fato de seu raio de investigação restringir-se às vizinhanças do poço. Com base nos indícios acima indicados, decide-se abandonar o poço por estar seco (sem produção), ou escolhidos intervalos de interesse para testes de formação. Os objetivos de um teste de formação variam de acordo com o conhecimento que se tem da área onde está o poço. Em áreas pioneiras, normalmente se exige a maior quantidade possível de informações. Já em áreas em desenvolvimento, o objetivo pode ser bem mais simples, como, por exemplo, um registro de pressão ou uma coleta de amostra. De modo geral, pretende-se obter de um teste de formação as seguintes informações principais: Capítulo 2. Teste de formação 43 identificação dos fluidos contidos na formação;• Medição de pressões (no fundo e na cabeça do poço);• Medição de vazões (óleo, água, gás);•Avaliação da produtividade;• Estimativa da permeabilidade da formação;• Estimativa do dano à formação;• Amostragem de fluidos (com ou sem pressão).• Constituem outros objetivos do teste de formação: interferência de poços vizinhos;• Avaliação de eficiência de • squeezes; Avaliação de eficiência de estimulação;• Localização de furos no revestimento;• Liberação de coluna de perfuração presa por pressão • diferencial. 2.4. Classificação a) Teste no poço aberto realizado com o poço nas condições em que se encontra, após ser perfurado. Esse tipo de teste pode ser realizado em paralelo com a perfuração e a perfilagem. no entanto, devido a condições mecânicas, econômicas e de segurança, é realizado em curto espaço de tempo, impossibilitando a obtenção completa das informações desejadas. 44 Alta Competência Problemas: Teste em espaço curto de tempo;• risco de prisão da ferramenta de teste por desmoronamento • da formação; Pequeno raio de investigação;• risco de obstrução da ferramenta de teste;• Problemas em zonas com perda de circulação.• Vantagens: Custo inferior ao do teste no poço revestido;• informações referentes a propriedades da formação obtidas • mais rapidamente embora com um grau de precisão menor; Possibilidade de identificação do fluido da formação ainda • durante a fase de perfuração do poço. b) Teste no poço revestido realizado após o revestimento do poço, possui diversas vantagens sobre o teste a poço aberto, como, por exemplo: Menor custo de sonda;• Tempo ilimitado de teste;• Seleção perfeita do intervalo a ser testado;• Obtenção mais apurada e completa dos parâmetros da • formação. Capítulo 2. Teste de formação 45 2.5. Dinâmica de teste Um teste de formação consiste fundamentalmente em: isolamento da zona a ser testada;• Estabelecimento de um diferencial de pressão entre a • formação e o poço, de modo que os fluidos contidos na formação possam fluir para dentro do poço e daí para a superfície, quando possível; Períodos sem produção para recuperação da pressão da • formação (estática) - (fechamento da válvula de fundo); registro de pressões no fundo do poço.• Basicamente, uma ferramenta de teste (Fig. 2.1) de formação é composta por um ou dois packers (obturadores), cujo objetivo é isolar a formação a ser testada; uma válvula com fechamento no fundo e acionada por mecanismos na superfície para fluxos e estáticas; e registradores mecânicos ou eletrônicos que plotam, em uma carta, a pressão de fundo versus o tempo. 46 Alta Competência AN 00 MR Coluna de produção Fundo do mar Revestimento intermediário Registrador Revestimento de produção Formação Packer Figura 2.1 - Ferramenta de teste de formação c) Teste de formação A presença de óleo na formação não significa que ele possa ser produzido. O significado econômico de uma descoberta está diretamente relacionado ao potencial do poço ou das formações que possam ser produzidas através dele. O teste de formação é o instrumento que permitirá a completa determinação das características da formação e do valor comercial desta. A seguir, serão detalhadamente estudados os aspectos de um teste de formação. Capítulo 2. Teste de formação 47 2.6. Teste de formação 2.6.1. Definição Teste de formação é a principal ferramenta de que dispõe a engenharia de petróleo para a avaliação de poços e de reservatórios com relação à produção de hidrocarbonetos. Um teste de formação pode ser considerado uma completação provisória de um poço. Consiste no isolamento de um intervalo e subsequente abertura à produção, com medição de fluidos, registro de pressão e coleta de amostras. 2.6.2. Objetivos Obter informações a respeito da natureza e da quantidade dos fluidos que determinada formação contém, bem como das pressões às quais eles estão submetidos. Essas informações permitem determinar dano sofrido pela formação, raio de drenagem, produtividade, permeabilidade e detecção de heterogeneidades próximas. 2.7. Equipamentos de subssuperfície Constituem o conjunto de ferramentas descido no interior do poço, através de uma coluna de tubos, com o objetivo de possibilitar as condições necessárias ao teste de formação. As principais ferramentas de teste são: a) Válvula testadora É uma das ferramentas principais da coluna de teste e tem a finalidade de, durante a descida, permanecer fechada, impedindo a entrada na coluna da lama ou do fluido de completação. Após o assentamento do packer, deverá permitir, alternadamente, a abertura para fluxo e o fechamento para crescimento de pressão na formação (estática). 48 Alta Competência Existe uma grande diversidade de tipos de válvulas, que podem ser classificadas genericamente, de acordo com o seu processo de operação, como descrito a seguir. Por rotação nessa categoria, encontra-se a DCiP (Dual Closed In Pressure), da Halliburton, que permite a realização de dois fluxos e duas estáticas por teste. Como a DCiP é uma válvula que, em posição inicial, encontra-se aberta, torna-se necessário seu uso, acoplado a uma válvula auxiliar, denominada HS (hydro-spring), que desce fechada e é aberta por compressão quando do assentamento do packer. A válvula HS também tem um by-pass incorporado nela, que funciona como auxiliar da junta de segurança Vr. Após o assentamento do packer, há um retardo na abertura da HS para fluxo, com o objetivo de fechar completamente os by-pass e acomodar as borrachas do packer. Assim que o packer é desassentado, a HS fecha automaticamente e abre o by-pass. A DCiP (Fig. 2.2 a) é acionada com rotações aplicadas na superfície, conforme demonstrado a seguir. Capítulo 2. Teste de formação 49 (a) (b) Figura 2.2 - (a) DCiP, (b) HS Index 0 rotações – primeiro fluxo;• + 11 rotações – primeira estática;• + 14 rotações – segundo fluxo;• +14 rotações – segunda estática;• + 16 rotações – circulação reversa.• Vantagens: Segurança das aberturas e fechamentos;• Obtenção fácil da circulação reversa;• Baixo custo.• 50 Alta Competência Desvantagens: Perda de voltas na coluna, quando operando a grande • profundidade; Limitação de 2 fluxos e 2 estáticas;• Perda de voltas na coluna em poços direcionais;• restrição ao fluxo.• Por ciclagem de coluna nesse grupo, encontram-se: MFE (• Multiflow Evaluator) – Schlumberger; HS • Index (hydro-spring Index) (Fig. 2.2 b) – Halliburton. Esse tipo de válvula permite a realização de um número indefinido de fluxos e estáticas, alternados entre si, obtidos por ciclagem da coluna. A operação de ambas é semelhante. Portanto, será analisado aqui o comportamento da HS INDEX. A HS Indexing J é uma variação da HS convencional, por permitir que qualquer número de fluxos possa ser realizado e por não ter, em seu conjunto, um sistema de by-pass solidário. Se um sistema desse for desejado, o LOC By-PaSS pode ser utilizado. O sistema de retardo hidráulico nessa ferramenta atua como o da HS convencional. Dessa forma, permite a descida da coluna no poço, com a certeza de que o LOC By-PaSS, se usado, permanecerá aberto, e a válvula, fechada. Esse sistema também permite que o obturador seja assentado antes do fechamento do by-pass e da abertura da válvula. Capítulo 2. Teste de formação 51 Quando a válvula é aberta, o sistema hidráulico produz uma pequena e súbita queda da coluna, o que é um indicativo, na superfície, de que houve abertura. Quando o peso é removido, com o movimento ascendente da coluna, ela imediatamente fecha, porque o sistema hidráulico de retardo não é efetivo nesse tipo de movimento. repetidos fechamentos e aberturas, para períodos de estáticas e de fluxos, são feitospelo reciprocamento da coluna. O sistema de assentamento pro J-SLOT (Indexing J) permite, automaticamente, que a cada movimento alternado para abertura da válvula, ela permaneça fechada, permitindo, com isso, que o peso sobre os obturadores sejam mantidos durante o período de estática. Para reabertura após o período de estática, a coluna deve ser levantada antes para descer em seguida. Como a válvula HS Index J trabalha por ciclagem de coluna, há a necessidade de se acrescentar, na coluna de teste, junta de extensão (slips joints) com o objetivo de se prover um curso durante a ciclagem para fluxos e estáticas, reduzindo o risco de desassentamento acidental dos packers. b) Packer A finalidade do packer (Figura 2.3) é isolar a coluna hidrostática (lama ou fluido de completação contido no anular tubo- revestimento) do intervalo a ser testado. Depois de assentado o packer, a pressão da coluna hidrostática não atuará mais sobre a formação, permitindo o fluxo de fluidos da formação para o poço, quando da abertura da válvula testadora. Figura 2.3 - Packer 52 Alta Competência Os packers podem ser classificados quanto ao uso em testes de formação, conforme pode ser evidenciado a seguir. Permanente Um dos tipos de packer mais usados é o “Modelo D”. É assentado, a cabo ou a coluna, no revestimento e pode possuir uma flap-valve, que impede o fluxo de baixo para cima. Quando da realização do teste, é descido na coluna o anchor tubing seal assembly que, introduzido no interior do packer, abre a flap-valve, comunicando a câmara abaixo do packer com a coluna, através do interior da coluna. A vedação do packer com o anchor tubing seal assembly é conseguida através de jogos de o’rings (anéis), existentes no corpo do equipamento. Recuperável a poço aberto Consiste de uma borracha de grandes dimensões e alta capacidade de deformação, que se adapta às paredes do poço, mesmo quando elas são um pouco irregulares. Seu assentamento é feito com a simples aplicação de peso sobre ele. Para a compressão da borracha, é necessário que a extremidade da coluna testadora esteja apoiada no fundo do poço ou na parede, através de uma âncora de parede. Em teste de formação seletivo em poço revestido, o packer inferior descido na coluna funciona como ancoramento, para permitir a expansão das borrachas. Recuperável para poço revestido É um packer assentado à compressão, que possui normalmente os seguintes componentes principais: Capítulo 2. Teste de formação 53 By-pass• : permite a livre passagem do fluido do poço (tubos furados – interior da coluna – by-pass), evitando que, devido ao fato de o diâmetro externo das borrachas ser idêntico ao diâmetro interno do revestimento, haja compressão de fluido na formação, durante a descida ou o pistoneio por ocasião da retirada; Borrachas: promovem o isolamento entre o anular e o intervalo • testado, através de expansão quando da aplicação de peso sobre o packer; Cunhas: responsáveis pela fixação do • packer ao revestimento e pelo suporte do peso aplicado no assentamento; Parte de fricção: mantendo-se sempre em contato com o • revestimento, fornecem o atrito necessário para armar as cunhas; Mecanismos de “J”: possibilitam o travamento das cunhas • durante a descida e a retirada, além da liberação delas no momento do assentamento. A cavidade em forma de “J” localiza-se no mandril do packer e o pino está fixo no corpo das cunhas. Processo de assentamento: Durante a descida da coluna, as paredes de fricção manterão o • pino na posição 1, impedindo a armação das cunhas; Ao chegar à profundidade de assentamento, eleva-se a coluna • para o pino deslocar-se de 1 para 2; Gira-se a coluna algumas voltas à direita, o que fará o pino • deslocar-se de 2 para 3; Desce-se a coluna e o pino passará de 3 para 4, armando as • cunhas contra o revestimento; 54 Alta Competência Com a aplicação de peso, as cunhas se fixarão ao revestimento, • o by-pass se fechará e as borrachas serão comprimidas; Para desassentamento, basta tracionar a coluna, o que liberará • as borrachas, abrirá o by-pass e deslocará o pino de 4 para 3, liberando as cunhas e permitindo a retirada da coluna. O modelo de packer apresentado é o Positest, da Schlumberger. A Petrobras utiliza o packer modelo rTTS, fabricado pela Halliburton e que não possui by-pass incorporado a ele, mas feito na junta de segurança da Vr. O esquema de funcionamento é praticamente idêntico ao do packer da Schlumberger. Porta-registrador Sua finalidade é permitir a colocação de registradores de pressão no fundo do poço. Há dois tipos principais: a) Convencional O registrador é colocado dentro do porta-registrador, acoplado no nipple ou mesmo solto no interior da coluna de teste. b) Fluxo pleno Tubos furados Como na extremidade da coluna de teste, normalmente é descido um porta- registrador externo (não permite fluxo), torna-se necessária, na coluna, a existência de tubos com orifícios para permitir a entrada dos fluidos do poço para o interior da coluna. Capítulo 2. Teste de formação 55 Válvula de circulação reversa Tem a finalidade de, após a realização dos fluxos e das estáticas, permitir a realização de uma circulação reversa, que permitirá a substituição, por lama ou fluido de completação, do fluido produzido pela formação, e existente no interior da coluna de teste e no espaço comprometido entre o packer e o intervalo testado. Existe uma diversidade muito grande e citaremos as mais comuns. a) Por impacto Consiste de um sub com furos laterais, que são plugados com pinos vazados no seu interior e possuem um ponto fraco junto a sua base. Para dar início à circulação reversa, joga-se uma barra da superfície que, ao chocar com os pinos, quebra-os e comunica o interior da coluna com o anular, possibilitando a circulação reversa. Opcionalmente, poderá ser colocado, na coluna, um catcher sub para reter a barra, após a quebra dos pinos. b) Por pressão interna O sub pumpout consiste de uma ferramenta com furos laterais, nos quais são instalados conjuntos compostos de um disco de estanho (500 a 1.000 psi de resistência), um disco de latão e o suporte do conjunto. Quando se está descendo a coluna, o disco de latão apoiado no suporte impede que a pressão do anular rompa o disco de estanho. Quando se pressuriza o interior da coluna, o disco de latão, que, nesse sentido, está apenas apoiado no disco de estanho, romperá este último quando a pressão interna superar a coluna hidrostática do anular em cerca de 500 a 1.000 psi, comunicando assim, o interior da coluna com o anular e possibilitando a circulação reversa. 56 Alta Competência Figura 2.4 - Sub pumpout Junta de segurança Tem a finalidade de liberar a coluna, quando o packer fica preso. Constitui-se de uma conexão de rosca grossa, com os batentes ondulados, que permite o fácil desenroscamento da coluna de teste. Esse modelo descrito é o da Schlumberger. Para desconectá-la, faz-se coincidir o ponto neutro da coluna com a junta de segurança, gira-se a coluna à esquerda e mantém-se o torque até a liberação da rosca. A Petrobras utiliza Vr safety joint para desconexão da ferramenta de teste em uma situação de packer preso. A junta de segurança Vr também tem a função adicional de promover um by-pass para o packer rTTS. Para desconectá-la, faz-se coincidir o ponto neutro da coluna com a junta e gira-se a coluna à esquerda, reciprocando-a para cima e para baixo até a liberação da junta. Capítulo 2. Teste de formação 57 Percussor hidráulico (JAR) Essa ferramenta permite a aplicação de choques na coluna, com o intuito de liberar o packer, quando este se encontra preso. A ferramenta é composta de um corpo com dois diâmetros internos,preenchidos com óleo hidráulicos e percorridos por um mandril. Quando o mandril encontra-se na posição inferior e começa a deslocar-se para cima, o pequeno espaço entre o ressalto inferior do mandril e o diâmetro interno inferior gera uma resistência muito grande à passagem de óleo, originando uma acumulação de força, sob a forma de tração na coluna. Quando o ressalto do mandril alcança o diâmetro superior (bem maior), o espaço para passagem do óleo é sensivelmente ampliado e a resistência desaparece, liberando bruscamente a tração acumulada na coluna e causando o choque do ressalto superior do mandril com o corpo do percussor, originando assim uma pancada para cima em toda a coluna. Para que o mandril possa retornar à posição inferior, sem haver resistência à passagem do óleo, o ressalto inferior do mandril possui uma check-valve, que permite a fácil passagem do óleo. Slip joint Consiste de um mandril com pistão, que se desloca livremente, no interior do corpo da slip joint em função do balanceamento existente entre o interior do mandril e a câmara acima do pistão. Essa ferramenta é utilizada para: Compensar a oscilação das ondas do mar em testes de formação • realizados em plataformas semissubmersíveis e em navios- sonda; Compensar o encurtamento da coluna em testes em poços de • gás ou o alongamento devido à temperatura elevada; 58 Alta Competência Prevenir desassentamento do • packer nas ciclagens de abertura e fechamento, quando usada juntamente com a válvula HS Index. Registradores São equipamentos que registram o tempo, a pressão e/ou a temperatura no fundo do poço, durante a execução do teste. Devem ser dimensionados segundo a temperatura do poço, as pressões máximas prevista para as operações e o tempo total previsto para o teste. Os registradores, sempre que possível, são utilizados em diversos pontos da coluna de teste, de forma a satisfazer vários propósitos. Registrador acima da válvula normalmente, um dos registradores utilizados no teste de formação é posicionado acima da válvula de fundo, com o objetivo de verificar se a vedação da coluna de teste e da própria válvula de teste está perfeita. Uma linha horizontal, marcada por um registrador acima da válvula, durante os períodos de estática, indica que não ocorreram vazamentos. O registrador acima da válvula deve ser dimensionado, prevendo- se a pressão de fluxo na circulação reversa, que inclui as perdas de carga na coluna de teste. Registradores internos Os registradores internos são posicionados no interior da ferramenta de teste, abaixo da válvula de fundo. Ao comparar suas leituras de pressão de fluxo às leituras dos registradores externos e acima da válvula, pode-se verificar se ocorreu alguma restrição ao fluxo no interior da ferramenta, entre os tubos perfurados e a válvula de teste. Capítulo 2. Teste de formação 59 Registradores externos Os registradores externos medem a pressão abaixo do packer, no espaço anular, e são instalados em porta-registradores posicionados abaixo dos tubos perfurados. Tipos de registradores Registradores mecânicos Os registradores mecânicos, de uso mais comum, principalmente devido ao seu baixo custo, são compostos por uma seção de registro e um elemento sensor, que pode ser de pressão ou de temperatura. O sensor de pressão, por sua vez, é composto por um fole, que é conectado a um diafragma numa das extremidades e por um tubo helicoidal, ou bourdon, conectado na outra extremidade do fole. A pressão externa do registrador é transmitida pelo diafragma ao fole, que, por sua vez, transmite-a ao tubo bourdon. Como o interior do registrador é vedado por anéis de vedação do tipo o’ring após a montagem na superfície, sua pressão interna é praticamente igual à atmosférica, e qualquer alteração da pressão externa se traduz em um movimento circular do tubo bourdon. A outra extremidade desse tubo é conectada a uma haste, que, por sua vez, é conectada a um estilete na seção de registro. A seção de registro é dividida basicamente em duas partes. na parte mais próxima em relação ao elemento de pressão, existe uma caneleta semicilíndrica, que apoia um cilindro porta-cartas, no qual é inserida uma lâmina, ou carta metálica delgada, com uma das superfícies oxidada ou pintada com uma fina película branca. A carta é fixada no interior do cilindro porta-cartas por uma régua metálica (interna) e três parafusos (externos). A superfície da carta é riscada continuamente pelo estilete, ficando registrado nela o comportamento de pressão no exterior do registrador, enquanto o estilete estiver acionado. na parte oposta da seção de registro é instalado um relógio, que é conectado ao cilindro porta-cartas através de um parafuso de rosca sem fim. O relógio faz com que a rosca sem fim gire enquanto a corda deste estiver atuando, o que transmite ao cilindro porta-cartas um 60 Alta Competência movimento longitudinal em relação ao estilete. Os registradores de temperatura são semelhantes aos de pressão, diferindo destes pelo fato de o fole ser substituído por um bulbo, que atua como sensor de temperatura. Antes de o relógio ser conectado ao cilindro porta-cartas, é necessário marcar, na carta, uma linha-base com a pressão atmosférica e com a temperatura ambiente, para facilitar a leitura posterior desses elementos. isso é feito posicionando-se o cilindro porta-cartas na caneleta, acionando o estilete e inclinando o registrador de forma que o cilindro deslize sobre a caneleta. Os tubos bourdon estão sujeitos a um efeito conhecido como histerese toda vez que são submetidos a pressões ou a temperaturas elevadas. A histerese faz com que o estilete não volte, após remover a pressão, ao mesmo ponto em que estava antes que o bourdon fosse pressurizado. Como o efeito de histerese é cumulativo, torna-se necessário recalibrar os sensores periodicamente, em bancadas especiais. Caso um registrador seja submetido a condições superiores à sua capacidade nominal, é muito provável que tenham sido introduzidas deformações permanentes no tubo bourdon. nesse caso, o registrador deve ser recalibrado antes de ser utilizado novamente. O resultado dessa calibração é uma equação de primeiro ou de segundo grau, que descreve o comportamento de deflexão provocada no estilete, em função da pressão ou da temperatura à qual o sensor foi submetido. Os registradores de pressão de subsuperfície mais utilizados pela Petrobras são do tipo AK-1, fabricado pela E.V. Kuster incorporation e descido nos testes com fechamento de fundo. Possui 36 polegadas e diâmetro de 2.25 pol. A carta usada com AK-1 tem dimensões de 4 x 5 pol. O AK-1 é disponível nos ranges de 0-700 psi a 0-30000 psi. O rPG-3, mais comumente denominado de “AMErADA”, é fabricado pela GrC – Geophisical reserarch Corp. e é descido nos testes a cabo com fechamento na superfície. Possui comprimento de 73 ou 77 psi, a depender da capacidade, e diâmetro de 1,25 pol. A carta usada com rPG-3 tem dimensões de 2 x 5 pol. O rPG-3 é disponível nos ranges de 0-700 a 0-22000 psi. Capítulo 2. Teste de formação 61 Registradores eletrônicos Os registradores eletrônicos podem fazer a aquisição de dados em tempo real ou em memória. Os registradores com aquisição de dados em tempo real, quando utilizados em testes de formação, requerem o uso de válvulas de testes especiais, que permitam que o registrador descido no poço a cabo e instalado acima da válvula fique em contato com a câmara de teste, através de uma tomada de pressão. nesse caso, a energia que ativa o registrador é transmitida pelo mesmo cabo que faz a aquisição de dados de pressão, temperatura e tempo. Assim, a autonomia desse tipo de registrador é ilimitada, a menos que ele apresente defeito durante a operação. Os registradores equipadoscom memória são utilizados em testes de formação, sendo descidos no poço em porta-registradores. A fonte de energia que ativa esses registradores é uma bateria especial, cuja autonomia é limitada e depende das temperaturas de operação. Quanto maior a temperatura do intervalo a ser testado, menor a autonomia da bateria. A autonomia do registrador depende também da quantidade de memória disponível. Por isso, os registradores com memória dispõem de diversos algoritmos, ou procedimentos automáticos, de aquisição de dados. Esses algoritmos procuram otimizar a aquisição de dados, evitando que a memória seja preenchida por informações pouco interessantes, como por exemplo, os da descida da coluna de teste no poço. Geralmente, são programados na superfície, um tempo de espera, ou time delay, para iniciar a aquisição de dados e uma diferença de pressão mínima necessária para aquisição de um novo dado. Os sensores de pressão eletrônicos são também sensíveis à temperatura. Os dados de temperatura colhidos pelo registrador permitem que os dados de pressão do teste sejam corrigidos para eliminar os efeitos da temperatura sobre o sensor de pressão. Caso as informações de temperatura não sejam corretas ou apresentem oscilações, os dados de pressão conterão erros. 62 Alta Competência Calibração de registradores mecânicos nessa calibração, utilizam-se: Conjunto para banho térmico, com a finalidade de manter • um ou mais registradores numa temperatura controlada durante o processo de calibração e que atenda às temperaturas da calibração, dentro da variação máxima de +/-2, 2°C, sendo utilizado apenas para calibração em temperaturas elevadas; Bomba de peso morto (• deadweight tester), capaz de pressurizar o registrador com valores de pressão conhecidos durante o processo de calibração, com uma pressão de, pelo menos, 0,05% da pressão gerada; Elemento de tempo, com a finalidade de controlar o • movimento relativo entre o estilete e a carta durante a calibração/aferição, constituído de um relógio de 3 horas ou emulador de relógio com acionamento manual. Procedimentos de calibração Antes da calibração propriamente dita, é realizada a quebra de inércia do registrador, que consiste na pressurização deste durante 2 minutos, entre 90% e 100% de sua capacidade, na temperatura ambiente, por duas ou três vezes e espaçada de 32 minutos entre si. O registrador é, em seguida, despressurizado, aguardando-se 10 min para relaxamento do tubo bourdon, quando é traçada a linha base. A calibração deve ser realizada tanto na temperatura ambiente quanto em temperaturas elevadas, desde que o valor destas últimas esteja dentro da capacidade do registrador calibrado. Capítulo 2. Teste de formação 63 na calibração à temperatura ambiente, são aplicadas pressões crescentes a partir de 20% da capacidade do registrador, com incrementos de cerca de 10% até atingir aproximadamente 90%. Os incrementos de pressão são iguais, permanecendo cerca de 3 min em cada nível, no caso de o elemento de tempo ser o relógio. O registrador é então despressurizado e, após 10 min, são aplicadas mais uma vez as mesmas pressões, conforme o procedimento descrito acima, visando-se verificar a repetibilidade do registrador. Em seguida, o registrador é pressurizado para cerca de 50% de sua capacidade para verificação da histerese e, após 5 min, é despressurizado totalmente. Decorridos cerca de 2 min, a carta é retirada. Métodos de converter calibrações em pressões Uma vez lida a carta de calibração por um instrumento de precisão, há uma tabela da qual constam os valores aplicados de pressão (kg/cm2, psi) e as deflexões correspondentes nas unidades de leitura (pol ou mm). necessita-se de algum método através do qual se possa converter qualquer valor de deflexão registrado em um teste em seu correspondente valor de pressão. 2.8. Equipamentos de superfície São denominados equipamentos de superfície o conjunto de aparatos instalados na cabeça e na locação do poço, que permitem desenvolver, com segurança, as seguintes funções primordiais: Controle do fluxo;• Separação de fases;• Medição de pressões;• Medição de vazões;• Armazenamento de fluidos;• 64 Alta Competência Descarte de fluidos;• Obtenção de amostras.• Os mais comuns equipamentos de superfície são: Cabeça de fluxo• (flow head) É colocada sobre a extremidade da coluna de teste, servindo como uma ligação entre a coluna de teste e os demais equipamentos de superfície. Consiste normalmente do seguinte conjunto: Válvulas: de fechamento rápido, para maior segurança do • teste; Saídas laterais: permitem a condução do fluido produzido para • os outros equipamentos de superfície; Swivel• : possibilita girar a coluna sem desconectar as linhas de superfície; Porta-barra: contém a barra que será lançada a fim de • quebrarem os pinos da válvula de circulação reversa por impacto; Lift niple• : possibilita a suspensão da cabeça na catarina; Eventualmente, poder-se-á colocar, sobre a cabeça de fluxo, • outros equipamentos, tais como lubrificadores, BOP, etc., para operações com wireline, operações com registradores de tempo real ou com injeção de nitrogênio. Capítulo 2. Teste de formação 65 Mangueiras • chicksans Possibilitam uma conexão versátil entre a cabeça e o manifold, e entre este último e as linhas de superfície. Em poços de gás com altas vazão e pressão, bem como nos testes em unidades flutuantes, são usadas mangueiras coflexip. Choke • manifold (Fig. 2.5.) É um dispositivo que permite o controle das condições de fluxo na superfície, através de restritores de fluxo, denominados chokes, encaixados nesse dispositivo, evitando que as altas pressões oriundas do poço danifiquem os equipamentos de superfície ou que alterações nas condições de superfície interfiram nas condições de fluxo no interior do poço e da formação. Figura 2.5 - Choke Manifold O choke manifold, por possuir dois ramos de tubulação, permite a troca de chokes sem interrupção do fluxo, bem como a inspeção nestes, em caso de produção de areia. O choke manifold possui ainda pontos destinados à conexão de manômetros ou outros equipamentos para acompanhamento das pressões na cabeça (montante e jusante do choke). Balde e mangueira flexível• num dos pontos de tomadas de pressão do choke manifold, é acoplada uma mangueira flexível, cuja outra extremidade é mergulhada num balde de água, para o acompanhamento do sopro gerado nos momentos de aberturas para fluxo. 66 Alta Competência O comportamento do sopro fornece uma ideia preliminar da performance do intervalo, do funcionamento efetivo da válvula testadora, bem como um acompanhamento visual durante todo o fluxo, nos casos de intervalos de baixa produtividade. Separador (Fig. 2.6) • Esse equipamento tem como finalidade permitir a separação das fases líquidas e gasosas do fluido produzido pelo poço. Figura 2.6 - Separador Tanque de aferição/armazenamento• Tem como finalidades: Medir a vazão de líquidos, de modo a aferir os valores obtidos • no flocometer; Armazenar a fase líquida do fluido produzido pelo polo para • posterior descarte. Queimadores (Fig. 2.7) • Têm como finalidade o descarte, através de queima, do óleo e do gás produzidos pelo poço, de modo a evitar qualquer grau de poluição da locação. Capítulo 2. Teste de formação 67 Figura 2.7 - Queimador Montagem dos equipamentos de superfície• A composição da coluna de ferramentas é preparada com antecedência, de modo que sejam enviadas à sonda todas as partes integrantes necessárias. Contudo, a determinação da composição de tubos e comandos é uma tarefa inerente à operação. Para essa determinação, devem-se levar em conta os seguintes aspectos:O • packer deverá ser assentado pelo menos um tubo de revestimento acima dos intervalos canhoneados, com o propósito de evitar falhas de assentamento; O • packer deverá ser assentado fora das luvas de revestimento, a fim de evitar vazamentos pelas suas borrachas; A junta do tubo superior da coluna deverá permanecer cerca • de 1,0 m acima da mesa rotativa ou cunha, quando o packer estiver assentado, de modo a permitir a fácil operação da cabeça de fluxo. A diferença entre as medidas de sonda e da companhia de • perfilagem. 68 Alta Competência 2.9. Teste de superfície Para que se possa ter condições de operação e de segurança adequadas à realização de fluxos de fluidos na superfície e eventuais fechamentos do poço na cabeça, torna-se necessário o teste de pressão na cabeça de fluxo, no manifold, nas linhas de superfície e entre os dois lubrificadores acima da cabeça de teste, bem como nas válvulas existentes. O valor da pressão a aplicar-se nos testes deve ser compatível com a pressão esperada na cabeça, no caso de um fechamento na superfície durante o fluxo. Existem normas regulamentadoras para essas pressões de teste. 2.10. Cuidados operacionais a) Na área da sonda, antes do teste: Verificar a dureza das borrachas do • packer, o bom funcionamento do mecanismo das cunhas e o travamento destas; Checar o bom estado das válvulas de circulação reversa e de • seus mecanismos. Calcular, conforme normatização, a pressão de trabalho das diversas válvulas que atuam por pressão anular, pressão de n2 etc; Efetuar teste hidrostático de tubo e comandos que irão efetuar • o teste. b) Durante a descida: Completar o anular e isolar um tanque para retorno, antes de • iniciá-la; Verificar o bom estado dos espelhos da ferramenta de teste, • dos comandos e dos tubos; Capítulo 2. Teste de formação 69 Observar a montagem das diversas ferramentas, • principalmente dos registradores; Anotar o peso da ferramenta de teste, quando no interior do • poço; Descer a coluna em baixa velocidade, de modo a evitar • compressão de fluidos na formação; Acompanhar o retorno no tanque, o peso no • martin-decker e efetuar o “teste do guardanapo”; Evitar rotações e ascensões da coluna, com o intuito de prevenir • assentamentos acidentais do packer; Descer a coluna vagarosamente no caso da existência de • liner, quando se aproximar do topo do liner; Descer a coluna vagarosamente, em poços com • packer “modelo D”, quando próximo à profundidade do packer, a fim de evitar o acoplamento prematuro do anchor tubing seal assembly; recolher amostra de fluido de completação ou da lama de • perfuração no retorno da calha, no final da descida. 2.11. Testemunhagem Testemunhagem é o processo pelo qual obtemos amostras de uma rocha de subsuperfície (testemunho) com o objetivo de analisá- la e coletar informações úteis para as engenharias de reservatório, completação, perfuração e geologia. Dentre as informações obtidas, destacamos textura, porosidade, permeabilidade, saturação de óleo e água e litologia. 70 Alta Competência Testemunhagem com barrilete convencional – Consiste na • descida de uma broca vazada (coroa) e dois barriletes, sendo um externo, que gira com a coluna, e um interno, onde se alojará a amostra. na medida em que a broca avança, o cilindro de rocha é encamisado pelo barrilete interno e posteriormente trazido à superfície. As maiores vantagens desse método são obtenção de um testemunho de maior diâmetro e facilidade de uso em formações abrasivas. A desvantagem é o comprimento do testemunho limitado a seis metros. Testemunhagem a cabo – Processo similar ao convencional • desenvolvido com o objetivo de trazer o barrilete interno à superfície através de um cabo sem a necessidade de se retirar toda a coluna. As desvantagens deste método são limitações em rochas muito duras e diâmetros reduzidos de testemunho. Testemunhagem lateral – Método empregado quando • necessário em uma formação já perfurada devido a mudanças inesperadas na coluna estratigráfica. Utiliza uma ferramenta percussiva onde cilindros ocos, presos por cabos de aço a um canhão, são arremessados contra a parede da formação para retirar as amostras. Similarmente à testemunhagem a cabo, possui como desvantagem a obtenção de testemunhos de pequenos diâmetros, o que dificulta sua análise. Exercícios 71 1) responda às questões que se seguem: a) O que significa a palavra pescaria na indústria do petróleo? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____________________________________________________________ b) A que se refere o termo peixe, no mesmo contexto? _____________________________________________________________ c) Como são chamados os instrumentos utilizados na recuperação dos peixes? ____________________________________________________________ _____________________________________________________________ d) Que tipos de falhas podem ocasionar a pescaria, que é conside- rada um acidente? ____________________________________________________________ _____________________________________________________________ Exercícios Alta Competência 72 2) Observe os tipos de falhas apontadas a seguir e faça as relações: A - Falhas humanas B - Falhas nos equipamentos C - Falhas diversas ( ) Empeno nos tubos de perfuração ( ) inobservância de parâmetros básicos e de recomendações técnicas ( ) Desmoronamentos ( ) Aperto de coluna (revestimento, de perfuração ou especial) ( ) Medição de coluna Parada da mesa rotativa ( ) Desgaste periférico da ferramenta ( ) Espelho defeituoso ( ) Hidratação ( ) Lubrificantes Exercícios 73 3) Complete o quadro, conciliando as descrições das falhas aos seus respectivos nomes: Falha Descrição (1) Cunhas ( ) O assentamento irregular desse equipa- mento pode permitir a queda da coluna no poço, se esta escorregar da cunha, em função de dois fatores: desnivela- mento dos mordentes e desnivelamento do conjunto de links do colar. (2) Elevadores (dimensão e carga nominal) ( ) Trata-se de equipamento fora do range recomendado pelo fabricante, inade- quado para o tipo de tool joint em uso ou com pouca tensão na mola de trava- mento, apresentando desgaste interno e nos pinos de articulação. Sendo assim, pode provocar queda de coluna e tam- bém acidentes pessoais. (3) Acomodação da ferramenta ao poço ( ) Ocorre quando a vazão alcança o limite superior da pressão de bombeio e perma- nece insuficiente para efetuar uma boa limpeza do poço. Esse problema ocorre principalmente em poços profundos, que tenham sofrido desmoronamento, encontrando-se, portanto, alargados. Ocorre também em poços direcionais, com ângulos de inclinação elevados, nos quais se requer, para se conseguir uma boa limpeza, uma vazão superior às uti- lizadas para poços verticais. Alta Competência 74 (4) Colar de comandos ( ) O uso inadequado desses equipamen- tos na tubulação em operação ou com ausência de mordentes poderá reduzir a área de sustentação das cargas, pro- vocando colapso, queda de mordentes, queda da cunha e até da coluna no poço. É importante observar a carga nominal desse equipamento. O uso desse elemento como freio da co- luna durante manobras de descida pode colapsar o corpo do tubo, provocar cor- tes concentradores de esforços e quebras prematuras do tubo, além de causar da- nos ao próprio equipamento. (5) Hidráulica ( ) Modificações na composição de fundo (acréscimo, substituição ou mudança de posição de estabilizadores ou comandos, substituição
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