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FUNDAMENTOS DA COMPLETAÇÃO DE POÇOS Autor: Raymundo Jorge de Souza Mancu FUNDAMENTOS DA COMPLETAÇÃO DE POÇOS Programa Alta Competência 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 Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso. No início deste material é apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas. Autor Ao fi nal desse estudo, o treinando poderá: • Identifi car procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. ATERRAMENTO DE SEGURANÇA Como utilizar esta apostila Objetivo Geral O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo. No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão. Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas C ap ít u lo 1 Riscos elétricos e o aterramento de segurança Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá: • Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos; • Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. 21 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança 1.4. Exercícios 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”. ( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. 1.7. Gabarito Objetivo Específi co Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque. Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança 49 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança Todas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros). A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento. Nesse processo, o operador tem importantepapel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão. 3.1. Problemas operacionais Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato. Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm. 3.4. Glossário Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo. Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo. “Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo. CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1.6. Bibliografi a É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente. Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais: 1.1. Riscos de incêndio e explosão Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma: Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática. Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional. Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! IMPORTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas RESUMINDO... Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo. Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas. Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional! Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! IMPORTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas RESUMINDO... Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! IMPORTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas RESUMINDO... SumárioSumário Introdução 15 Capítulo 1. Métodos de completação 1. Métodos de completação 19 1.1. Posicionamento da cabeça dos poços 19 1.2. Quanto ao revestimento de produção 21 1.3. Quanto ao número de zonas explotadas 25 Capítulo 2. Classificação das operações 2. Classificação das operações 31 2.1. Investimento 31 2.2. Completação 31 2.3. Avaliação de investimento 31 2.4. Recompletação 32 2.5. Manutenção da produção 32 2.6. Avaliação 33 2.7. Restauração 33 2.8. Limpeza 38 2.9. Mudança do método de elevação 39 2.10. Estimulação 39 2.11. Abandono 39 Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 3. Detalhamento das fases de uma completação 43 3.1. Instalação da cabeça de produção e dos equipamentos de segurança para controle do poço 44 3.1.1. Cabeça de revestimento 50 3.1.2. Suspensorde revestimento tipo C-22 52 3.1.3. Cabeça de revestimento tipo carretel 52 3.1.4. Adaptadores para a cabeça de produção 53 3.1.5. Cabeça de produção – descrição 54 3.1.6. Suspensor da coluna de produção 56 3.1.7. Adaptador para árvore de natal 56 3.1.8. Árvore de natal 57 3.2. Condicionamento do revestimento de produção 58 3.3. Substituição do fluido do poço por fluido de completação 59 3.4. Avaliação da qualidade da cimentação 59 3.4.1. Princípio de funcionamento 60 3.4.2. Apresentação do perfil CBL/VDL 62 3.4.3. Interpretação do perfil CBL/VDL 64 3.4.4. Aferição da calibração da ferramenta 65 3.4.5. Influência da pasta de cimento 65 3.4.6. Influência do microanular 66 3.4.7. Influência da espessura da capa de cimento 66 3.4.8. Interpretação do perfil VDL 67 3.4.9. Ferramenta de perfilagem ultrassônica CET 67 3.4.10. Ferramenta de perfilagem ultrassônica USIT 68 3.5. Canhoneio da zona de interesse 69 3.5.1. Técnicas de canhoneio 70 3.5.2. Sistema de canhoneio TCP 73 3.5.3. Vantagens do sistema de canhoneio TCP 74 3.5.4. Desvantagens do sistema de canhoneio TCP 75 3.6. Coluna de produção 76 3.6.1. Componentes da coluna de produção 77 3.7. Indução de surgência 93 Capítulo 4. Informações complementares 4. Informações complementares 97 4.1.Packers (obturadores) 97 4.1.1. Packer de produção 97 4.2. Gravel pack 101 4.2.1. Gravel pack em poços revestidos 101 4.2.2. Gravel pack a poço aberto 103 4.3. Fraturamento hidráulico 103 4.3.1. Fluidos usados nos fraturamentos 104 4.3.2. Tipo de fraturamento 105 4.3.3. Fraturamento – fases ou etapas 106 4.4. Acidificação 106 4.4.1. Fases 107 4.4.2. Participação das equipes 107 4.4.3. Segurança na operação 108 Exercícios 110 Glossário 117 Bibliografia 118 Gabarito 119 Introdução Entende-se por completação o conjunto de operações realizadas após o término dos trabalhos de perfuração, visando a colocar o poço em produção. São as seguintes as operações em referência executadas segundo critérios técnicos, econômicos e de segurança: • Instalação dos equipamentos de segurança para controle do poço; • Condicionamento do revestimento de produção e do fluido nele contido; • Verificação da qualidade da cimentação primária realizada pela perfuração, quando há instalação do revestimento de produção; • Canhoneio da zona de interesse, para que o reservatório se comunique com o interior do revestimento de produção, permitindo o fluxo de fluidos; • Instalação da coluna de produção e equipamentos no interior do poço, para garantir a produção de forma segura e eficiente; • Instalação dos equipamentos de superfície; • Indução de surgência, na qual a hidrostática do poço é reduzida a valores inferiores à pressão estática da formação para que o poço entre em fluxo. Para que a completação possa ser realizada de forma otimizada, é de fundamental importância um excelente interrelacionamento com as áreas de Geologia, reservatório e elevação artificial de petróleo. 15 16 Alta Competência Quanto aos aspectos técnico e operacional, deve-se buscar a completação de forma a maximizar a vazão de produção (ou injeção) sem danificar o reservatório, tornando a completação a mais permanente possível, com pouca ou nenhuma intervenção até o final da vida produtiva do poço. Deve-se ainda buscar minimizar o tempo necessário para executar os trabalhos de intervenção e tornar a completação mais simples possível. Após a completação inicial do poço, durante a sua vida produtiva, pode ser realizada uma série de operações, denominadas manutenção da produção, visando a corrigir problemas nos poços e fazendo voltar a vazão ao nível normal ou operacional. Essas operações serão tratadas ao longo deste material de estudos. C ap ít u lo 1 Métodos de completação 18 Alta Competência 19 Capítulo 1. Métodos de completação 1. Métodos de completação Os métodos de completação podem variar de acordo com as necessidades e limitações de cada situação e com o posicionamento da cabeça dos poços, do revestimento de produção e do número de zonas explotadas, como veremos a seguir. 1.1. Posicionamento da cabeça dos poços Uma característica das reservas petrolíferas brasileiras é que as mesmas ficam localizadas indistintamente, tanto em áreas terrestres como em áreas marítimas. As reservas situadas nas áreas marítimas ocorrem em lâminas d’água rasas e profundas. Disso resultam importantes diferenças na maneira como é perfurado e completado um poço, principalmente no que se refere aos Sistemas de Cabeça do Poço Submarino (SCPS) utilizados pela perfuração, e ao tipo de árvore de natal utilizada pela completação, se molhada (ANM) ou convencional (ANC). Em terra, a cabeça do poço fica próxima ao nível do solo, podendo inclusive ficar abaixo desse nível. Nesses poços, as operações de completação são executadas por equipamentos similares aos da perfuração, porém de menor capacidade, denominados Sondas de Produção Terrestre (SPT), como ilustrado na figura a seguir. Essas sondas são, geralmente, veículos autotransportáveis dotados basicamente de motor, guincho e mastro telescópico. Sonda de Produção Terrestre (SPT) 20 Alta Competência No mar, apresentam-se duas situações distintas. Na primeira delas, em águas mais rasas, é economicamente viável trazer a cabeça do poço para a superfície, efetuando-se a completação convencional ou seca. Nesse caso, é imprescindível ancorá-la em uma jaqueta apoiada no fundo do mar ou tracionar o poço a partir do convés de uma unidade flutuante especial (tension leg plataform). Em ambos os casos tem-se uma sonda instalada sobre a plataforma para execução dos serviços de completação. Ainda em águas rasas, se for decidido deixar a cabeça do poço no fundo do mar, completa-se com árvore de natal molhada (ANM) através de plataforma autoelevatória, plataformas semissubmersíveis ou navios-sonda ancorados. Numa segunda situação, apresenta-se o caso de águas mais profundas, em que é inviável trazer a cabeça do poço para a superfície, sendo indispensável deixá-la no fundo do mar, equipada com árvore de natal molhada (ANM). Nesse caso, são utilizadas, para execução dos serviços de completação, as mesmas plataformas semissubmersíveis ou navios-sonda de posicionamento dinâmico que foram utilizadas durante a perfuração, como representado na ilustração seguinte. Tipos de sondas marítimas 21 Capítulo 1. Métodos de completação 1.2. Quanto ao revestimento de produção Essa classificação refere-se às configurações básicas poço-formação, aplicáveis a cada situação específica. Quanto ao revestimento de produção, uma completação pode ser classificada como: • A poço aberto; • Com revestimento ou liner canhoneado; • Com revestimento ou liner rasgado. a) A poço aberto Durante a perfuração, ao se atingir o topo da zona produtora, o revestimento de produção é descido e cimentado. Em seguida, a zona produtora é perfurada até a profundidade final e, após, coloca-se o poço em produção com a zona totalmente aberta. Caso seja necessário um novo revestimento de produção, poderá ser assentado posteriormente, convertendo o método em um dos outros três citados. Completação a poço aberto 22 Alta Competência Obviamente, tal método é somente aplicável a formações totalmente competentes, como os embasamentos fraturados, os calcários, as dolomitas e os arenitos muito bem consolidados. Também o intervalo produtor não pode ser muito espesso, a menos que a formação produtora tenha características permoporosas homogêneas e contenha um único fluido. As principais vantagens do método são: maior área aberta ao fluxo; economia de revestimento e canhoneio; e a redução de danos de formação causados pelo filtrado do fluido de perfuração e da pastade cimento, já que se pode usar um fluido de perfuração adequado para perfurar a zona produtora, após o assentamento do revestimento de produção. A desvantagem mais importante é a impossibilidade de se colocar em produção somente parte do intervalo aberto, visto que não são poucas as vezes em que estão presentes simultaneamente óleo, água e gás, sendo que normalmente o único interesse está na produção do óleo. b) Com revestimento ou liner rasgado Liner é a coluna de revestimento que não vem até a superfície, ficando ancorado no revestimento anterior (de produção) ou apoiado no fundo do poço. O liner ou o revestimento de produção pode ser descido previamente rasgado, posicionando os tubos rasgados em frente às zonas produtoras ou então cimentado e, posteriormente, canhoneado nas zonas de interesse. 23 Capítulo 1. Métodos de completação Completação com revestimento rasgado Completação com revestimento canhoneado As principais vantagens e desvantagens da completação com liner rasgado são similares às do poço aberto. Pode ser acrescido às vantagens; o fato de que sustenta as paredes do poço em frente à zona produtora; e nas desvantagens, de resultar em uma redução do diâmetro do poço frente à zona produtora. Embora em desuso nos poços convencionais, pode encontrar uma boa aplicação em poços horizontais. 24 Alta Competência No caso de revestimento ou liner com tubos cegos, as vantagens e desvantagens são similares às do revestimento canhoneado. Pode ser acrescido nas vantagens, o menor custo com revestimento; e nas desvantagens, a mudança de diâmetros dentro do poço, gerando dificuldades para passagem de equipamentos. c) Com revestimento canhoneado Perfurado o poço até a profundidade final e avaliada a zona como produtora comercial de óleo e/ou gás, é descido o revestimento de produção até o fundo do poço, sendo em seguida cimentado o espaço anular entre os tubos de revestimento e a parede do poço. Posteriormente, é canhoneado o revestimento defronte aos intervalos de interesse, mediante a utilização de cargas explosivas, colocando assim o reservatório produtor em comunicação com o interior do poço, conforme imagem a seguir. Completação com revestimento canhoneado As vantagens desse método são: possibilidade de seletividade, tanto na produção quanto na injeção de fluidos; favorecimento do êxito das operações de restauração; diâmetro único em todo o poço; controle de formações desmoronáveis. 25 Capítulo 1. Métodos de completação As principais desvantagens do método são: custo do canhoneio; eficiência dependente de uma adequada operação de cimentação e canhoneio. 1.3. Quanto ao número de zonas explotadas Sob esse aspecto, as completações podem ser classificadas em: simples, seletiva e dupla. a) Simples Quando a única tubulação metálica é descida no interior do revestimento de produção, da superfície até próximo à formação produtora. Essa tubulação, acompanhada de outros equipamentos, é denominada coluna de produção, conforme ilustrado a seguir. Completação simples 26 Alta Competência Esse tipo de completação possibilita produzir, de modo controlado e independente, somente uma zona de interesse. Duas zonas podem ser colocadas em produção pela mesma coluna, o que usualmente não é recomendado, pois prejudica o controle dos reservatórios. b) Seletiva Nesse caso, é descida somente uma coluna de produção, equipada de forma a permitir a produção de várias zonas ou reservatórios seletivamente, ou seja, uma por vez. Disso resulta o perfeito controle dos fluidos produzidos em cada reservatório, bem como a facilidade operacional de se alterar a zona em produção. Completação seletiva 27 Capítulo 1. Métodos de completação c) Dupla Esse tipo de completação possibilita produzir simultaneamente, em um mesmo poço, duas zonas ou reservatórios diferentes, de modo controlado e independente. Isso é possível através da utilização de duas colunas de produção com dois obturadores (Packers). Esse tipo de completação é utilizado principalmente em poços terrestres. Completação dupla As principais vantagens desse método são: • Produção e controle de mais de um reservatório produzido simultaneamente; • Possibilidade de produção de zonas marginais que poderiam não justificar a perfuração de poços, somente para produzi-las; • Aceleração do desenvolvimento do campo; 28 Alta Competência • Diminuição do tempo de utilização dos equipamentos e tubulações para obtenção de uma mesma produção acumulada do poço; • Liberação mais rápida do investimento para novas aplicações; • Diminuição do número de poços necessários para drenar as diversas zonas produtoras. As principais desvantagens do método são: • Maior dificuldade na seleção e utilização dos equipamentos, com maiores possibilidades de problemas; • As restaurações, embora menos frequentes, são mais complexas; • Maior dificuldade na aplicação dos métodos de elevação artificial. C ap ít u lo 2 Classificação das operações 30 Alta Competência Capítulo 2. Classificação das operações 31 2. Classificação das operações Normalmente, toda operação efetuada em um poço após a sua perfuração é chamada de completação. Na verdade, completação é apenas uma das várias operações existentes. Estas se dividem basicamente em dois grupos: investimento e manutenção da produção. As operações de investimento podem ser divididas em: completação, avaliação e recompletação. Já as operações de manutenção são divididas em: avaliação, restauração, limpeza, estimulação, mudança do método de elevação e de abandono. 2.1. Investimento É o conjunto de operações efetuadas durante a primeira intervenção em uma determinada formação atravessada por um poço, após a conclusão dos trabalhos de perfuração, visando a sua avaliação e posterior produção e/ou injeção de fluidos. Podem ser operações de: avaliação, completação e recompletação. 2.2. Completação Operação subsequente à perfuração de um poço, quando o mesmo é condicionado, canhoneado, avaliado e se, viável economicamente, equipado com uma coluna de produção e um método de elevação artificial, se necessário. 2.3. Avaliação de investimento Atividade executada visando a definir os parâmetros da formação (permeabilidade, dano, pressão estática etc.), a identificar e a mostrar o fluido da formação (composição, pressão de saturação, viscosidade, grau API, densidade etc.), a verificar a procedência dos fluidos produzidos e o índice de produtividade (IP) ou injetividade dos poços. 32 Alta Competência As operações de avaliação podem ser classificadas como: • Teste de formação a poço aberto (tf); • Teste de formação a poço revestido (tfr); • Teste de produção (tp); • Registro de pressão (rp); • Medição de produção (mp); • Amostragem de fluido produzido; • Perfilagem de produção. 2.4. Recompletação Essa operação é executada em poços que podem produzir mais de uma formação de interesse. Assim, quando cessa o interesse em se produzir (ou injetar) em uma dessas formações, ela é abandonada e o poço é recompletado para produzir (ou injetar) em outra formação. Também é executada quando se deseja converter um poço produtor em injetor (de água, gás, vapor etc.) ou vice-versa. O abandono da antiga zona de interesse geralmente se dá através de um tampão mecânico ou através de uma compressão de cimento nos canhoneados. Na sequência, recondiciona-se o poço para o canhoneio da nova zona produtora. 2.5. Manutenção da produção É o conjunto de operações realizadas no poço, após sua completação inicial, visando a corrigir problemas e a permitir que a produção (ou injeção) de fluidos retorne ao nível normal ou operacional. As principais causasgeradoras de intervenções são: Capítulo 2. Classificação das operações 33 • Baixa produtividade; • Produção excessiva de gás; • Produção excessiva de água; • Produção de areia; • Falhas mecânicas na coluna de produção ou revestimento. 2.6. Avaliação Operacionalmente, é idêntica à avaliação de investimento. A diferença é que naquele caso, o poço avaliado era recém-perfurado e não necessariamente completado, visto que a própria operação de avaliação é que definiria suas potencialidades. Na manutenção, o poço já é produtor (ou injetor) e a operação de avaliação é realizada para monitoramento do poço ou do reservatório. 2.7. Restauração A restauração é um conjunto de atividades que visa a restabelecer as condições normais de fluxo do reservatório para o poço (remoção de dano de formação), a eliminar e/ou a corrigir falhas mecânicas no revestimento ou na cimentação, a reduzir a produção excessiva de gás (alto RGO) ou água (alto RAO). a) Elevada produção de água A produção de óleo, com alta RAO (grande volume de água produzida), não é interessante, visto que há um custo associado à produção, separação e descarte da água. Se a zona produtora é espessa, os canhoneados podem ser tamponados com cimento ou tampão mecânico, e recanhoneado apenas na parte superior, resolvendo o problema temporariamente. 34 Alta Competência Uma elevada RAO pode ser consequência de: • Elevação do contato óleo/água devido ao mecanismo de reservatório (influxo de água) ou à injeção de água. Isso pode ser agravado pela ocorrência de cones ou fingering; • Falhas na cimentação primária ou furo no revestimento; • Fraturamento ou acidificação atingindo a zona de água. Observe as ilustrações seguintes referentes às condições citadas anteriormente. Poço com contato óleo/água situação inicial Poço com contato óleo/água, água atinge o canhoneio Capítulo 2. Classificação das operações 35 Poço produzindo água devido a falhas na cimentação O aparecimento de água é normal em um reserva- tório com influxo de água ou sob injeção da mesma. Algum dia tem-se de produzir água para recuperar petróleo. Quando há permeabilidade estratificada (variação de permeabilidade horizontal ao longo do intervalo produtor) esse problema se torna mais complexo, devido ao avanço diferencial da água, co- nhecido como fingering. IMPORTANTE! b) Formação com permeabilidade estratificada O cone de água é um movimento essencialmente vertical da água na formação. Não ultrapassa barreiras pouco permeáveis e ocorre normalmente em pequenas distâncias. Tanto o cone de água quanto o fingering são fenômenos altamente agravados pela produção com elevada vazão, conforme ilustração a seguir. 36 Alta Competência ATENÇÃO Quando a elevada razão água-óleo (RAO) não é devido a esses dois fenômenos, pode-se suspeitar de dano no revestimento ou de fraturas mal direcionadas. Poço injetor com permeabilidade estratificada Um dano no revestimento pode ser solucionado por uma compressão de cimento ou por um isolamento com obturadores (Packers) e/ou tampões mecânicos (bridge plugs). Já uma fratura mal dirigida é um problema de difícil solução. c) Elevada produção de gás Uma razão gás/óleo muito elevada pode ter como causa o próprio gás dissolvido no óleo, o gás de uma capa de gás ou aquele proveniente de outra zona ou reservatório adjacente. Esse último caso é produto de uma falha no revestimento, de uma estimulação mal concretizada ou de falha na cimentação. Capítulo 2. Classificação das operações 37 Poço com contato gás/óleo, situação inicial Poço com contato gás/óleo, após a expansão do gás A produção excessiva de gás pode ser contornada temporariamente, recanhoneando-se o poço apenas na parte inferior da zona de interesse. Um cone de gás é mais facilmente controlado pela redução da vazão do que o cone de água. Isso se deve a maior diferença de densidade entre o óleo e o gás do que entre o óleo e a água. O fechamento do poço temporariamente é uma técnica recomendada para a retração do cone de gás ou água. d) Falhas mecânicas Detectando-se um aumento da razão óleo/água (RAO) e suspeitando- se de um provável vazamento no revestimento, a água produzida deve ser analisada e comparada com a água da formação, confirmando ou não a hipótese de furo no revestimento. Entre as falhas mecânicas pode-se citar: defeitos na cimentação, vazamento no revestimento, vazamento em colar de estágio etc. A localização do vazamento pode ser feita com: perfis de fluxo, perfis de temperatura ou testes seletivos de pressão usando Packer e tampão mecânico recuperável (BPR). 38 Alta Competência e) Vazão restringida Um poço que esteja produzindo com vazão menor do que a esperada, necessita de restauração. Essa restrição na vazão pode ser causada por dano de formação, tamponamentos nos canhoneados e/ou na coluna, emulsões etc. Uma produtividade limitada, muito frequente, é causada pela redução da permeabilidade em torno do poço. Esse fenômeno denomina- se dano de formação. Para recuperar a produtividade original é necessário remover ou ultrapassar o dano. Os métodos mais usuais são o recanhoneio, a acidificação de matriz e o fraturamento de pequena extensão. Acidificação de matriz é a injeção de um ácido na formação com pressão inferior à pressão de quebra da formação, visando a remover o dano de formação. Logo após uma acidificação, o ácido deve ser recuperado da formação, com o objetivo de prevenir a formação de produtos danosos à mesma (precipitados insolúveis). No caso de emulsão, a melhor solução é um tratamento com surfactantes (redutores de tensão superficial). 2.8. Limpeza A limpeza é um conjunto de atividades executadas no interior do revestimento de produção visando a substituir ou remover os equipamentos de subssuperfície, objetivando um maior rendimento técnico e econômico. Como exemplos de problemas geradores de intervenções para limpeza, podem ser citados: furo em coluna de produção, vazamento no obturador, reposicionamento de componentes da coluna de produção, vazamentos em equipamentos de superfície, entre outros. Capítulo 2. Classificação das operações 39 2.9. Mudança do método de elevação Quando a vazão está sendo restringida devido a um sistema de elevação artificial inadequado ou com defeito, basta substituí-lo. Normalmente os poços são surgentes durante o período inicial de sua vida produtiva, passando a requerer um sistema de elevação artificial após algum tempo de produção. 2.10. Estimulação A estimulação é um conjunto de atividades que objetiva aumentar o índice de produtividade ou injetividade de um poço em um reservatório. O método mais utilizado é o fraturamento hidráulico, que pode ser definido como um processo no qual um elevado diferencial de pressão, transmitido pelo fluido de fraturamento, é aplicado contra a rocha reservatório, até a sua ruptura. A fratura, que é iniciada no poço, propaga-se através da formação pelo bombeio de certo volume de fluido acima da pressão de fraturamento. 2.11. Abandono Pode ser: • Definitivo: quando o poço não será mais utilizado; • Provisório ou temporário: quando há previsão ou a possibilidade de retorno ao poço no futuro. C ap ít u lo 3 Detalhamento das fases de uma completação 42 Alta Competência Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 43 3. Detalhamento das fases de uma completação Ao término da perfuração de um poço terrestre, a sonda que o perfurou é deslocada para outra locação e uma sonda de menor porte e menor custo, denominada SPT, é deslocada para a completação do poço. Os poços marítimos perfurados em águas rasas são avaliados e, posteriormente, em geral abandonadostemporariamente até a construção da plataforma de produção. Após a instalação da plataforma, os poços são então completados. Os poços marítimos perfurados em águas profundas são, geralmente, completados com a mesma sonda que os perfurou. Nesse caso, é utilizada na cabeça do poço uma árvore de natal molhada (ANM) e o poço é conectado a uma unidade de produção através de linhas flexíveis. A seguir, descreveremos em ordem cronológica as fases da completação de um poço terrestre produtor por surgência natural. Com pequenas diferenças, essas fases são as mesmas para a completação de um poço no mar. 1. Instalação da cabeça de produção e dos equipamentos de segurança para controle do poço; 2. Condicionamento do revestimento de produção, até o colar flutuante, utilizando água doce; 3. Substituição do fluido do poço por fluido de completação; 4 Verificação da qualidade da cimentação primária através de perfis sônicos, CBL/VDL/GR/CCL, ou combinados com os perfis ultrassônicos e, se necessário, corrigir a cimentação; 5. Canhoneio da zona de interesse, para prover a comunicação do reservatório com do interior do revestimento de produção, permitindo produção dos fluidos do reservatório; 44 Alta Competência • 6. Avaliação das formações, através de um teste de formação a poço revestido (TFR), se solicitado; • 7. Descida da coluna de produção, sendo que a extremidade da coluna deve se posicionar a aproximadamente 20 metros acima do topo da zona de interesse; • 8. Retirada do BOP e instalação da árvore de natal; • 9. Indução de surgência, para que o poço entre em fluxo. 3.1. Instalação da cabeça de produção e dos equipamentos de segurança para controle do poço É a primeira fase da completação e visa a possibilitar o acesso ao interior do poço, com toda a segurança necessária, para execução das demais fases. Nos poços terrestres, após a conclusão da operação de cimentação do revestimento de produção, aguarda-se a pega do cimento e acunha-se o revestimento, transferindo o peso acima do topo do cimento para a cabeça de revestimento (CR), que foi enroscada no topo do revestimento anterior, denominado revestimento de superfície. O acunhamento é feito através do casing hanger que fica alojado no perfil interno da cabeça de revestimento. No mar, em águas rasas, é possível, mas não obrigatório, trazer a cabeça do poço até a superfície, prolongando-se os revestimentos que se encontram apoiados no fundo do mar e que foram deixados pela perfuração. Essa operação de reconexão dos revestimentos é conhecida por tie-back e a completação passa a ser similar à completação em terra, sendo denominada completação seca. A situação final da cabeça de poço, após serem efetuados os tie-backs e instalada a cabeça de produção é apresentada na figura a seguir. Na sequência é instalado o preventor de erupções (BOP - Blow Out Preventer). Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 45 Cabeça de produção Cabeça de revestimento Cabeça de revestimento Revestimento de produção (9 5/8’’) Revestimento de intermediário (13 3/8’’) Revestimento de superfície (20’’) Revestimento condutor (30’’) Suspensor de revestimento Suspensor de revestimento Solda Equipamentos de superfície para completação seca No caso de completação molhada, na qual não é indicado trazer a cabeça do poço até a superfície, o único equipamento a ser instalado é o preventor de erupções (BOP), que é levado ao fundo do mar pelo riser de perfuração e conectado diretamente à cabeça do poço. O BOP em referência é o mesmo utilizado pela perfuração, já que a sonda a ser utilizada também é a mesma, mudando somente o tipo de trabalho que, ao invés de ser de perfuração, passa a ser de completação. A seguir, serão detalhados os equipamentos de superfície para um poço terrestre ou de completação seca no mar. Equipamento de superfície é o termo usado para descrever o equipamento acoplado ao topo do revestimento de superfície em um poço de petróleo. Esse equipamento tem por objetivo sustentar as outras colunas de revestimento descidas e a(s) coluna(s) de produção, promovendo a vedação entre colunas e controlando a produção de hidrocarbonetos do poço. 46 Alta Competência Os equipamentos de superfície obedecem às especificações ditadas pelo Instituto Americano de Petróleo (API) – órgão que determina padrões para tamanhos (sizes), graus de aço, projetos, dimensões e qualidade dos equipamentos ligados à indústria do petróleo. Nesse trabalho, serão abordados apenas os equipamentos aceitos pelos padrões do API, usados na Petrobras. Os equipamentos de superfície são os seguintes: • Cabeças de revestimento; • Cabeças de revestimento tipo carretel; • Suspensores de revestimento; • Adaptadores para cabeça de produção; • Cabeça de produção; • Suspensores de coluna de produção; • Adaptadores para árvore de natal; • Árvore de natal. A sequência de instalação de cada equipamento é mostrada a seguir. O detalhamento será dado mais adiante. A situação encontrada pela completação, após a perfuração do poço, é mostrada na figura seguinte. A situação apresentada é aquela onde não foi descido o revestimento intermediário, visto que, quando esse revestimento é descido, faz-se necessária a utilização da cabeça de revestimento tipo carretel. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 47 Revestimento de produção ancorado na cabeça de revestimento através do casing hanger Para a completação de um poço, inicialmente instala-se um adaptador para cabeça de produção, se necessário, e uma cabeça de produção, conforme apresentado na próxima ilustração. Os adaptadores, como o próprio nome diz, podem ser necessários ou não, a depender dos flanges ou roscas dos equipamentos a serem acoplados. Caso coincidam, os adaptadores deixam de ser necessários. Situação após a instalação do adaptador e da cabeça de produção 48 Alta Competência Para a instalação do adaptador e/ou da CP, a ponta do revestimento de produção que ficou acima da cabeça de revestimento deve ser cortada em uma altura adequada para receber a CP que “veste” o revestimento provendo a vedação secundária através de um engaxetamento no perfil interno da CP. Esse corte pode ser feito com maçarico ou serra, conforme mostrado nas figuras a seguir. Corte com maçarico Corte com serra Na sequência, instala-se o preventor de erupção (BOP), com o qual o poço pode ser considerado seguro para ser completado, conforme ilustrado na imagem a seguir. Acima da cabeça de produção, normalmente é instalado um adaptador A-4 para permitir a instalação do BOP devido o mesmo possuir flange inferior diferente do flange superior da cabeça de produção. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 49 Situação após a instalação do Preventor de Erupções (BOP) Após a descida da coluna de produção, com seu respectivo suspensor, instala-se uma válvula de contrapressão (BPV – Back Pressure Valve) no perfil interno do suspensor de coluna, caso o suspensor disponha desse perfil. A BPV se faz necessária para que existam duas barreiras de segurança no momento da retirada do BOP. Usualmente, a BPV não é instalada na grande maioria dos poços terrestres. Após a retirada do BOP, é instalado o adaptador para árvore de natal, conforme imagem que seguinte. Retira-se, então, a BPV e coloca-se o poço em produção. 50 Alta Competência Esquema padrão de poço surgente 3.1.1. Cabeça de revestimento A cabeça de revestimento é um equipamento rosqueado e/ou soldado ao revestimento de superfície, que sustenta o revestimento intermediário (quando existir), o revestimento de produção, a coluna de produção presa à cabeça de produção através de um suspensor e a árvore de natal. Observe a ilustraçãoanterior para identificar os elementos citados. A cabeça de revestimento oferece também o apoio para o Equipamento de Segurança de cabeça de poço (ESCP) imprescindível para os trabalhos de perfuração. O seu corpo compreende basicamente uma parte interna com alojamento apropriado para receber o suspensor de revestimento, uma parte superior flangeada (ou com porca) e uma parte inferior que pode ser dotada de rosca caixa, pino ou com guia para solda. As cabeças com flange superior podem ser fornecidas com ou sem parafusos prisioneiros do suspensor. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 51 As cabeças de revestimento são fornecidas normalmente com saídas laterais (com rosca caixa 2” LP), estojadas ou flangeadas no tamanho 2 1/16”. As saídas estojadas e flangeadas apresentam também rosca caixa 1 ½” LP para colocação de VR plug, que permite a retirada da válvula lateral da cabeça, mesmo que haja pressão no anular. Observe as imagens a seguir. Desenho e foto da cabeça de revestimento tipo C-22 A cabeça de revestimento deve ter uma pressão de trabalho compatível com a pressão estática da formação, na profundidade final em que o próximo revestimento será descido. O suspensor de revestimento é um dispositivo assentado no corpo da cabeça de revestimento e tem como finalidade manter suspensa a próxima coluna de revestimento e proporcionar vedação entre o revestimento suspenso e o corpo da cabeça. O tipo mais usual consta de um conjunto único com cunhas de fixação e engaxetamento de vedação. Seu assentamento é feito mediante o envolvimento do revestimento, por meio de um sistema de trinco e dobradiça, e descida através do BOP. Quando o revestimento é liberado do elevador, logo após a cimentação do poço, teremos automaticamente um perfeito assentamento e vedação do espaço anular entre os dois revestimentos. Neste trabalho usaremos a nomenclatura do fabricante CBV por ser esta a mais usual no campo. Os principais tipos de cabeças de revestimento são: C-22, C-29 e C-29-L. 52 Alta Competência 3.1.2. Suspensor de revestimento tipo C-22 É do tipo envolvente, fechando automaticamente contra o corpo do tubo, o que reduz drasticamente seu custo de instalação. O corpo, as cunhas e os elementos de vedação fazem parte de um único conjunto. O engaxetamento expande-se vedando o espaço anular revestimento/cabeça, quando o peso do revestimento é transferido para as cunhas. Isso permite a vedação total do espaço anular antes de remover o BOP e cortar, com maçarico, o revestimento de maneira a eliminar possibilidades de explosão ou incêndio. Suspensor de revestimento tipo C-22 3.1.3. Cabeça de revestimento tipo carretel É o equipamento destinado a sustentar o revestimento de produção quando houver a necessidade da descida do revestimento intermediário. Trata-se de um equipamento idêntico à cabeça de revestimento, diferindo apenas por possuir dois flanges e, pelo flange inferior, possuir engaxetamento. Utiliza, inclusive, os mesmos suspensores de revestimento especificados para as cabeças de revestimento. A função do engaxetamento é promover uma vedação secundária, permitindo que os fluidos do poço fiquem confinados no interior da cabeça de revestimento tipo carretel, não admitindo que os mesmos entrem em contato com o anel metálico de vedação do flange inferior ou com o engaxetamento do suspensor da cabeça de revestimento de superfície. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 53 Os tipos mais usuais são: C-22-00, C-29-00 e C-29-L-00. O índice “00” indica a presença de duas gaxetas de vedação no flange inferior. Carretel C-22 com bucha adaptadora Carretel C-29L 3.1.4. Adaptadores para a cabeça de produção São equipamentos destinados a promover a adaptação entre a cabeça de revestimento e a cabeça de produção, ou no caso da descida de revestimento intermediário, entre a cabeça de revestimento tipo carretel e a cabeça de produção, caso não seja possível fazê-lo de modo direto. São classificados como A-1, A-3 e A-4. O adaptador tipo A-1 permite que se adapte uma cabeça de produção rosqueada sobre o flange da cabeça de revestimento. O tipo A-3 é um adaptador para flanges com diferentes pressões de trabalho e/ou size, e, portanto, diferentes dimensões API. A conexão entre os flanges é feita através de parafusos, havendo ainda um ganho de altura para permitir o posicionamento das porcas dos parafusos tipo estojo. O tipo A-4, utilizado para uma simples transformação de flanges, têm diferentes sizes e/ou pressões de trabalho com um ganho de altura mínimo. Os parafusos são fixos em ambos os lados do adaptador. 54 Alta Competência Adaptador para CP Tipo A-1 Adaptador para CP Tipo A-3 e A-4 3.1.5. Cabeça de produção – descrição É um equipamento conectado à cabeça de revestimento (ou à cabeça de revestimento tipo carretel) e ao BOP através de parafusos e flanges, com o auxílio ou não de adaptadores. Tem como função principal servir de apoio à coluna de produção, que será descida em uma fase posterior da completação, por meio de um suspensor que, na maioria dos casos, suporta diretamente a coluna de produção através de um suspensor, proporcionando vedação do anular entre o revestimento de produção e a coluna de produção. Possui duas saídas laterais colocadas sempre abaixo do suspensor da coluna de produção que permitem o acesso ao espaço anular entre o revestimento de produção e a coluna de produção. O peso da coluna de produção é transmitido à cabeça de produção pelo suspensor de coluna de produção, enquanto a vedação do anular é obtida por meio de gaxetas distribuídas externamente a esses suspensores. O flange superior da cabeça de produção é dotado de parafusos de fixação, em número de 4, dispostos ao longo da circunferência do mesmo. A função desses parafusos prisioneiros é manter o suspensor perfeitamente encaixado no corpo da cabeça de produção, mesmo quando submetido a pressões de baixo para cima. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 55 Cabeça de Produção T-16 rosqueada Cabeça de Produção T-16 biflangeada Os tipos mais usuais de cabeça de produção utilizadas pela Petrobras são: extremidade inferior caixa e superior flangeada; extremidades inferior e superior flangeadas. As cabeças biflangeadas podem possuir no seu flange inferior duas gaxetas de vedação, que promovem uma vedação secundária contra o revestimento de produção, evitando que as pressões oriundas do poço ou da superfície atuem sobre o anel do flange inferior da cabeça ou sobre a vedação do suspensor da cabeça de revestimento. Suspensor T-16 Suspensor T-16 BP Quando dotadas desse engaxetamento, as cabeças biflangeadas possuem no seu flange inferior (lateralmente) um orifício que possibilita o teste da vedação secundária da cabeça de produção e da vedação primária da cabeça de revestimento (anel metálico de vedação e gaxeta do suspensor de revestimento). 56 Alta Competência CP Tipo 16 00 Biflangeada com suspensor instalado CP Tipo TC com suspensor instalado 3.1.6. Suspensor da coluna de produção É o equipamento alojado em um perfil adequado no interior da cabeça de produção que tem a função de suportar a coluna de produção e promover a vedação do anular coluna de produção/revestimento de produção, conforme ilustrado nas duas figuras anteriores. Observe-as. 3.1.7. Adaptador para árvore de natal O adaptador para a árvore de natal é o equipamento que faz a conexão entre a cabeça de produção e a árvore de natal ou outro equipamento que faça a função dessa última, como, por exemplo, o “Tê” de fluxo para os poços equipados ao bombeio mecânico. Adaptador para árvore de natal rosqueada Adaptador para árvore de natal flangeada Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação57 3.1.8. Árvore de natal Árvore de natal é um equipamento composto de um conjunto de válvulas e conexões que permite o controle racional do fluxo do poço, além de possibilitar o acesso ao interior da coluna de produção. Árvore de natal convencional • Classificação Quanto ao uso, as árvores de natal podem ser classificadas em: • Convencionais ou secas; • Molhadas. As árvores convencionais podem ser classificadas quanto ao número de colunas em simples ou duplas e quanto à conexão, em flangeadas ou rosqueadas. ATENÇÃO Nesta apostila, abordaremos apenas as árvores convencionais. 58 Alta Competência 3.2. Condicionamento do revestimento de produção Uma vez instalados os equipamentos de segurança, procede-se a fase de condicionamento do revestimento de produção e a substituição do fluido que se encontra no interior do poço por um fluido de completação. Para o condicionamento, é descida broca e raspador (ilustrações a seguir), utilizando uma tubulação metálica, conhecida por coluna de trabalho, de modo a deixar o interior do revestimento de produção (liner, quando presente) gabaritado e em condição de receber os equipamentos necessários nas fases subsequentes da completação. A broca é utilizada para cortar os tampões de cimento e tampões mecânicos, deixados no interior do poço quando há abandono temporário pela perfuração, bem como restos da cimentação primária. O raspador é uma ferramenta com lâminas retráteis, que desce raspando a parte interna do revestimento de produção, retirando o que foi deixado pela broca. Condicionamento do revestimento com broca e raspador Raspador Geralmente, o condicionamento é feito até o colar flutuante, com peso sobre broca, rotação da coluna e vazão de circulação direta do fluido adequadas, de forma que se obtenha uma boa eficiência no corte e no carreamento das partículas de cimento até a superfície. É importante não interromper a circulação, visto que o cimento cortado pode decantar sobre a broca, ocasionando sua prisão. Normalmente, a cada trinta metros de cimento cortado, é deslocado um colchão viscoso para limpeza do poço. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 59 Imediatamente antes e após o corte dos tampões de cimento e dos tampões mecânicos, é efetuado teste de estanqueidade do revestimento de produção, pressurizando-o durante dez ou quinze minutos, para verificação da existência ou não de vazamentos (furos, conexões de revestimento vazando etc.). Caso não se consiga pressão de teste estabilizada, procede-se a localização e correção do vazamento. 3.3. Substituição do fluido do poço por fluido de completação O fluido de completação, geralmente, é uma solução salina, isenta de sólidos, compatível com a formação e com os fluidos nela contidos, de modo a não causar nenhum tipo de dano de formação que restrinja a vazão do poço. Além disso, o fluido deve ter peso específico capaz de fornecer pressão hidrostática, ao interior do poço, pouco superior à pressão estática da formação. A substituição do fluido é feita com o auxílio de bombas alternativas, circulando o fluido diretamente pelo interior da coluna de trabalho, com retorno na superfície pelo anular. 3.4. Avaliação da qualidade da cimentação A verificação da qualidade dos trabalhos de cimentação em poços de petróleo baseia-se principalmente na interpretação de perfis acústicos. Nas últimas décadas, o perfil CBL/VDL tem sido o mais utilizado a despeito do desenvolvimento de novas ferramentas sônicas e ultrassônicas como o CBT (Cement Bond Tool), SBT (Segmented Bond TooI), PET (Pulse Eccho Tool), CET (Cement Evaluation Tool) e, mais recentemente, o USI (Ultrassonic Image) e CAST V (Cement Acustic Sonic Tool). A existência de um efetivo isolamento hidráulico é de fundamental importância técnica e econômica, garantindo um perfeito controle da origem e/ou destino dos fluidos produzidos e/ou injetados. A não observância desse requisito pode gerar diversos problemas, como a produção de fluidos indesejáveis, testes de avaliação das formações incorretos, prejuízo no controle dos reservatórios e operações de estimulação mal sucedidas, com possibilidade inclusive de perda do poço. 60 Alta Competência Desenho esquemático: poço com falha na cimentação 3.4.1. Princípio de funcionamento A ferramenta de perfilagem CBL/VDL é composta basicamente por um transmissor e dois receptores. O transmissor recebe energia elétrica e a converte em energia mecânica, emitindo repetidamente pulsos acústicos de curta duração. O pulso sonoro emitido produz uma vibração que se propaga pelo revestimento, fluido e formação até chegar aos receptores, onde a energia mecânica é reconvertida em energia elétrica e os sinais enviados à superfície pelo cabo condutor para se rem devidamente processados. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 61Perfilagem CBL/VDL/GR/CCL para avaliação da cimentação O princípio de funcionamento do CBL baseia-se na medida da atenuação acústica sofrida pelo pulso que se propaga pelo revestimento. A presença de cimento no anular aderido ao revestimento provoca uma forte redução na amplitude do sinal registrado. Basicamente, dois parâmetros são medidos: a amplitude, que é utilizada para quantificar os resultados da cimentação, e o tempo de trânsito, utilizado como indicador da qualidade do perfil. A amplitude normalmente se refere ao maior valor registrado durante a abertura de uma janela eletrônica de leitura, posicionada sobre o pico do primeiro sinal que chega ao receptor. O tempo de trânsito (TT) é o tempo medido entre a emissão do pulso e a chegada do primeiro sinal com amplitude superior a um nível mínimo de de tecção, que geralmente se propaga pelo revestimento. A curva do TT deve ter um aspecto retilíneo, com valor próximo ao registrado em revestimento livre, sendo possível a ocorrência de acréscimos devido a alongamentos e a saltos de ciclo em intervalos bem cimentados. 62 Alta Competência ATENÇÃO Presença de luvas, formação rápida, descentralização da ferra menta de perfilagem, mudança no size do reves timento e/ou no fluido do poço também causam alteração no TT. O VDL é o registro completo do sinal acústico que se propaga por diferentes caminhos e chega a um receptor posicionado a 5 pés do transmissor, du rante a abertura de uma janela eletrônica de leitura de 1 000 µs. Geralmente, o primeiro sinal a chegar é o que se propaga pelo revestimento, seguido do sinal da formação superposto com o sinal do cimento e, finalmente, o sinal do fluido no interior do poço. A identificação no perfil de sinais provenientes da formação é um indicativo da aderência entre cimento, revestimento e formação. 3.4.2. Apresentação do perfil CBL/VDL O perfil CBL/VDL é o registro de três medidas simultâneas, que são o tempo de trânsito, o sinal de amplitude do revestimento e o trem de ondas. O TT é utilizado para assegurar a qualidade e acurácia do sinal de amplitude. O sinal de amplitude do revestimento é usado para calcular a percentagem de cimento no anular. O registro completo do trem de ondas na forma de assinatura de onda ou densidade variável permite uma avaliação da aderência entre cimento e formação, controle de qualidade e outros fatores que afetam as medidas anteriores. Tradicionalmente é apresentado em três pistas. A primeira pista contém a curva do tempo de trânsito (TT), uma curva de correlação a poço aberto (raios gama) e um localizador de luvas do revestimento (Casing Colar Locator – CCL). A escala usual do tempo de trânsito é de 200 a 400 µs, que atende a quase todos os sizes de revestimento. Entretanto, a escala mais adequada seria com uma janela de 100 µs, pois possibilita verificar pequenas variações no tempo de trânsito. Capítulo3. Detalhamento das fases de uma completação 63 O perfil de raios gama (GR), que mede a radioatividade natural da formação, pode ser corrido a poço aberto ou revestido, sendo por isso utilizado para colocar o perfil CBL/VDL em profundidade com o perfil base de referência a poço aberto. O CCL é usado para detectar as luvas do revestimento, ocorrendo uma deflexão na curva, defronte das mesmas. Como o CCL é colocado em profundidade com o perfil base de referência a poço aberto (GR corrido a poço aberto), ele é utilizado como referência de profundidade para as operações futuras no poço. Os dados de profundidade são registrados entre as pistas 1 e 2. A segunda pista contém a curva de amplitude. A amplitude é registrada na escala de 0 a 100 mV ou de 0 a 50 mV, com curvas amplificadas de 0 a 20 mV e 0 a 10 mV, respectivamente. A terceira pista contém o registro do trem de ondas, apresentado na forma de assinatura de onda ou de intensidade variável (VDL). A escala horizontal usual é 200 a 1200 µs, conforme ilustrado na imagem a seguir. Apresentação do perfil CBL/VDL/GR/CCL 64 Alta Competência 3.4.3. Interpretação do perfil CBL/VDL Para se fornecer um bom diagnóstico sobre a real condição do isolamento hidráulico através da cimentação é necessária uma visão mais abrangente, que envolva outros aspectos além dos relacionados à qualidade intrínseca do perfil e às regras de interpretação. Os fatores que devem influenciar diretamente no rigor a ser adotado nos trabalhos de diagnóstico e interpretação dos perfis são: as características e o diferencial de pressão entre os fluidos a serem isolados, o tempo, a importância do poço no contexto maior do reservatório, as operações futuras previstas e a viabilidade técnica e econômica de se promover correções satisfatórias de cimentação. A premissa básica para avaliar a qualidade da cimentação, tomando como base a interpretação de perfis acústicos, é que esses devem ser válidos e atender aos pré-requisitos mínimos de qualidade listados abaixo: • O perfil deve mostrar, sempre que possível, uma seção em torno de 50 m, corrida em revestimento livre, para aferir a calibração da ferramenta. É também recomendável registrar o topo do cimento. • No revestimento livre, o tempo de trânsito deve ter aspecto retilíneo e acusar valores compatíveis com os valores previstos para o diâmetro do revestimento em questão. • No trecho de revestimento livre, as luvas devem ser visualizadas nas curvas de amplitude, tempo de trânsito, VDL e CCL. • Seção repetida sem pressão em torno de 60 m, observando a repetição das curvas: • A seção principal deve ser corrida com pressão sempre que possível; • As leituras de amplitude não devem apresentar valores nulos; Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 65 • O perfil não deve mostrar salto de ciclo para amplitudes maiores do que 5 mV; • O sumário de calibração deve ser mostrado no perfil. 3.4.4. Aferição da calibração da ferramenta O registro de um intervalo de revestimento livre (não cimentado) é o primeiro passo para a obtenção de perfis acústicos com qualidade, sendo utilizado como referência para interpretação da seção principal. São checados e ajustados o tempo e a abertura da janela de leitura, de forma a registrar: o primeiro pico de energia que chega ao receptor; a centralização da ferramenta pela análise da curva de TT, que deve ter aspecto retilíneo e valor compatível com o fluido e o size do revestimento; e a calibração da amplitude do sinal do CBL em função dos valores estabelecidos pelas companhias de serviço. Se não houver revestimento livre, deve-se pré-calibrar a ferramenta na base da companhia para o mesmo fluido a ser utilizado no poço. Os tempos de trânsito e as amplitudes do CBL em revestimentos livres são mostrados na tabela a seguir. REVESTIMENTO PESO TT AMPLITUDE DO CBL (OD - pol) 5 ½" 7" 9 58" (lb/ ft) 14 a 17 23 a 38 40 a 53 (µs) 240 a 260 260 a 280 300 a 320 (µV) 71 +/ - 7 61 +/ - 6 52 +/ - 5 Tempos de trânsito e as amplitudes do CBL em revestimentos livres 3.4.5. Influência da pasta de cimento Muitos fatores afetam a resposta do perfil CBL/VDL. Atenção especial deve ser dada aqueles que podem resultar amplitudes altas em intervalos bem cimentados e induzir os intérpretes mais afoitos e apressados a conclusões equivocadas. Com relação à pasta de cimento, a densidade tem influência significativa. 66 Alta Competência A utilização de pastas de cimento com baixa densidade resultam em uma sensível redução no nível de atenuação do sinal acústico. Como consequência, tem-se no CBL valores de amplitude bem superiores aos obtidos com pastas convencionais de peso 15,8 lb/gal, e no VDL, possibilidade de sinais mais fortes do revestimento e ausência de sinais oriundos da formação. 3.4.6. Influência do microanular Deformações no revestimento devido a variações de pressão e temperatura durante o processo de cura do cimento induzem ao aparecimento de um microanular na interface revestimento/cimento. O microanular, apesar de geralmente não comprometer o isolamento hidráulico, permite a vibração do revestimento, resultando em leituras de amplitudes altas no CBL. Para se eliminar ou minimizar o efeito do microanular, o perfil CBL/VDL é geralmente corrido com o revestimento pressurizado. Tradicionalmente, tem-se usado 1 000 psi como sendo a pressão na cabeça necessária para o restabelecimento da aderência, admitindo que o microanular é da ordem de 0,1 mm. Tanto a presença de microanular como de canalizações são caracterizados por altas amplitudes no CBL e fortes sinais do revestimento e da formação no VDL. A maneira de diferenciar uma situação da outra é correndo o perfil com o revestimento pressurizado. Se for microanular, haverá uma significante redução na amplitude; e se for canalização ou mesmo um microanular de dimensões maiores, isso não acontecerá. Nesse caso, provavelmente não haverá isolamento hidráulico. 3.4.7. Influência da espessura da capa de cimento Quando a espessura do cimento no anular é muito pequena, reflexões de energia na interface externa do cimento podem interferir com o sinal do revestimento. Essas interferências são observadas principalmente quando se têm revestimentos concêntricos ou revestimentos bem centralizados com anulares estreitos. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 67 Em 1961, Pardue, em seus estudos experimentais, concluiu que espessuras da capa de cimento maiores ou iguais a ¾” não contribuíam para o aumento da taxa de atenuação acústica do cimento. Posteriormente, em 1987, Jutten e Parcevaux, mostraram em seus estudos experimentais que a espessura da capa de cimento, a partir da qual não há mais aumento da taxa de atenuação, é de 2 ½” polegadas. VOCÊ SABIA?? 3.4.8. Interpretação do perfil VDL O padrão de revestimento livre no perfil VDL é bem caracterizado e fácil de ser identificado. Geralmen te se observa alternância de faixas escuras e cla ras quase paralelas do sinal que se propaga pelo revestimento, ausência de sinais da formação e a presença das luvas do revestimento (efeito chevron). 3.4.9. Ferramenta de perfilagem ultrassônica CET Enquanto o CBL registra um valor médio dos 360 graus de poço a sua volta, o CEL proporciona uma boa resolução circular apresentando um perfil cujo mapa da cimentação pode ser visualizado, uma vez que oito transdutores ultrassônicos são dispostos helicoidalmente em diferentes azimutes, cada um sendo responsável pela cobertura de 45 graus da circunferência do revestimento. Um nono transdutor, com distância conhecida de um refletor, é posicionado logo abaixo do centralizador inferior e mede a velocidade acústica do fluido. A principal limitação dessa ferramenta é a não cobertura de todoo revestimento, além da necessidade de um intervalo com revestimento livre para possibilitar a normalização das medidas feitas pela ferramenta. A quantidade de energia que retorna ao transdutor é função da impedância acústica dos meios envolvidos. Como os valores de Z no fluido e no revestimento são conhecidos ou facilmente determinados, a única incógnita é a impedância acústica do material presente no anular. 68 Alta Competência ATENÇÃO O range de frequência do pulso emitido está entre 300 e 650 KHz. Esse range é capaz de excitar ressonância em tubos com espessura de 0,18" a 0,4", que corresponde à maioria dos revestimentos utilizados no campo. Essa ferramenta está em desuso. 3.4.10. Ferramenta de perfilagem ultrassônica USIT Em relação à ferramenta de CET, a USIT apresenta implementações tecnológicas com o objetivo de eliminar as desvantagens da ferramenta de CET, já citadas. Dentre as implementações apresentadas pela USIT, podemos citar: • Transdutor único, rotativo, com distância ao revestimento controlado; • Tecnologia digital para o registro e envio de todas as formas de onda para o processamento na superfície; • Novo método para o processamento do sinal, menos sensível aos efeitos do poço; • Medição direta da impedância acústica; • Capacidade de operar em ambientes com fluidos mais pesados; • Imagens coloridas do mapa da cimentação. Os revestimentos concêntricos e/ou o grande contraste de impedância acústica entre o cimento e a formação podem causar interferência no decaimento normal exponencial da ressonância, dificultando a interpretação do perfil. Nesses casos, bandeiras de sinalização são mostradas apresentando a influência das reflexões. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 69 A impedância acústica das pastas de cimento, sob as condições de temperatura e de pressão encontradas no poço, podem ser medidas diretamente utilizando o analisador ultrassônico de cimento (UCA- Ultrassonic Cement Analyser). O equipamento mede continuamente o tempo de trânsito. MATERIAL PESO ESP. (lb./gal) IMPEDÂNCIA (Mrayl) Cimento puro classe G Cimento G + látex + micro esfera de sílica Cimento G + silicato solúvel Cimento G + microesfera de sílica + 4% CaCl2 Cimento G + solução de silicato Cimento G + látex Cimento G + 18% NaCl Fluido de completação Revestimento Arenito Folhelho. 15,8 11,2 12,0 12,0 13,3 15,8 16,1 6,44 3,36 2,88 4,32 3,99 6,35 6,51 1,8 a 1,5 41,6 12,6 a 8,2 12,0 a 4,3 Impedância acústica em função da composição da pasta de cimento 3.5. Canhoneio da zona de interesse Após a cimentação do revestimento de produção, a formação está isolada do poço pelo revestimento e por uma camada de cimento por trás do revestimento. Canhoneio é o processo que cria orifícios no revestimento, atravessando a camada de cimento e penetrando na formação. A penetração depende da carga utilizada e das propriedades mecânicas e físicas dos materiais a serem penetrados. O principal objetivo durante a completação de um poço é obter a máxima produtividade do mesmo. As técnicas e equipamentos de canhoneio utilizados têm uma importância fundamental na consecução desse objetivo. A máxima produtividade é obtida quando são reduzidas ao mínimo as restrições ao fluxo entre o reservatório e o poço. 70 Alta Competência Diversos fatores contribuem para que haja restrição ao fluxo durante a fase de perfuração e completação, sendo alguns relacionados ao canhoneio e às condições em que o mesmo foi efetuado. Essas restrições ao fluxo podem ser detectadas nos testes de formação pelo "SKIN" que, na maioria dos casos, pode ser subdividido em três fatores relacionados à causa do dano. S1 - Dano devido ao fluxo convergente Esse dano é causado pelas mudanças de direção do fluxo quando os fluidos do reservatório atingem os furos do canhoneio. Assume um papel significativo nos casos de altas vazões. S2 - Dano de formação propriamente dito Esse dano é causado na maioria das vezes pela invasão de fluidos incompatíveis com a formação, originando uma região de permeabilidade reduzida (Ks) nas vizinhanças do poço. S3 - Dano devido à compactação Esse dano é resultante da ação compressiva dos jatos durante o canhoneio, originando ao redor do furo uma zona de permeabilidade reduzida. Estudos realizados em laboratório indicam que essa zona tem uma espessura de aproximadamente meia polegada (13 mm) e uma permeabilidade (Kc) de 10 a 20 por cento da permeabilidade original. 3.5.1. Técnicas de canhoneio Os vários tipos de canhões e cargas disponíveis comercialmente podem ser descidos no poço pelo revestimento (casing guns, conforme ilustrado nas imagens a seguir) ou pela coluna de produção (through tubing guns, também conforme ilustração seguinte). Os canhões podem ser classificados basicamente em duas categorias principais, segundo suas características operacionais e aplicações – canhão recuperável (retrievable hollow carrler gun), canhão não recuperável (expendable gun). Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 71 Canhoneio convencional Canhoneio TCP 72 Alta Competência Canhoneio through tubing • Canhão recuperável Consiste em um cilindro de aço especial com furos onde as cargas são alojadas e seladas à pressão atmosférica no interior da carcaça. Eles podem ser descidos a cabo através do revestimento (canhão tipo convencional), conectados à extremidade da coluna de produção (TCP) ou através da coluna de produção (canhoneio through tubing). Nesse último caso, a quantidade de explosivo é mínima devido ao pequeno diâmetro do canhão, reduzindo a performance de penetração e limitando seu uso a poços profundos com altas pressões e/ou temperatura. Capítulo 3. Detalhamento das fases de uma completação 73 Os canhões recuperáveis descidos a cabo apresentam como principais vantagens: alta eficiência devido ao sistema de carga estar protegido pela carcaça; alta resistência mecânica; rapidez na operação; resistência a altas pressões e temperaturas; possibilidade de ser descido várias vezes enquanto não apresentar vazamento ou deformação; não deixar detritos no interior do poço; e não causar deformação no revestimento. A operação de canhoneio, nesse caso, é geralmente feita com diferencial de pressão poço-formação, o que pode prejudicar a limpeza e desobstrução dos túneis dos canhoneados. • Canhão não-recuperável Nesse caso, as cargas são moldadas em sedes de vidro, cerâmica, plástico ou alumínio, que se quebram durante o disparo, sendo descidas no poço em talas ou suportes metálicos utilizados normalmente uma única vez. São descidos a cabo pelo tubing ou pelo revestimento (pouco usados), tendo menor poder de penetração do que canhões recuperáveis. Quando descido pelo tubing, permite uma operação com pressão diferencial formação – poço, o que promove uma limpeza mais efetiva dos túneis dos canhoneados. Como desvantagens, destacamos os detritos deixados no poço e a possibilidade de causar deformação no revestimento. 3.5.2. Sistema de canhoneio TCP O canhoneio realizado com a pressão hidrostática do fluido de completação maior do que a pressão do reservatório (Ph > Pe) pode resultar em uma queda da produtividade, conforme já citado anteriormente. Experiências têm demonstrado que após o pistoneio, nem todos os furos são desobstruídos. A técnica do TCP surgiu face à necessidade de se efetuar o canhoneio com a pressão hidrostática do fluido de completação menor do que a pressão do reservatório, sem os inconvenientes apresentados pelos canhões through tubing. A técnica consiste, basicamente, em se descer o canhão conectado à coluna, sendo o poço canhoneado em condições de entrar imediatamente em produção. 74 Alta Competência O sistema TCP permite
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