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Completação Completação é o conjunto de operações destinadas a equipar o poço para produzir hidrocarbonetos ou para injetar fluidos. Completação é a interface entre o reservatório e a superfície de produção. O projeto de completação é para tornar um poço perfurado convertido em canal de produção ou injeção seguro, eficiente e de baixo custo. Exploração e Avaliação de poços Instalações (rendimento, pressões, limitações e oportunidades (Por exemplo, energia), etc.) Projeto e comercialização (Prazos, a rendimento das perfurações, restrições de licença) Parâmetros de reservatório (pressão, temperatura, perfis de produção, cortes de água, etc.) Características da rocha (Espessura, permeabilidade, etc.) Fluidos (Tipo, viscosidade, densidade, etc.) Meio ambiente (submarino, terra, plataforma, clima, tempestades, etc.) Perfuração (trajectórias de revestimento, lamas, dano de formação) Engenharia de completação de poços avançada • Seleção das dimensões da coluna de produção e do revestimento de produção aplicando a análise nodal, ou analise do sistema de pressão, a utilizada para a análise de sensibilidade da tubulação reservatório-poço-superfície. • A análise do sensibilidade da coluna de produção e baseada na análise composta da pressão do reservatório, taxa de produção, taxa de produção liquida, viscosidade do fluido, método de estimulação e práticas de desenvolvimento. • A dimensão (diâmetro nominal) da coluna de produção a selecionada em primeiro lugar, seguindo-se, em função delta escolha, o projeto da dimensão do revestimento de produção. • Antigamente, era necessário escolher-se da dimensão do revestimento do produção antes da seleção da dimensão da coluna do produção. Fonte: ADVANCED WELL COMPLETION ENGINEERING, REMPU, W. Engenharia de completação de poços avançada • A engenharia de completação de poços avançada desconsidera este método ultrapassado e desenvolveu um sistema no qual a dimensão do revestimento de produção a determinada em função da dimensão da coluna de produção. • Originalmente, o projeto do sistema do revestimento era composto pelo revestimento de superfície , revestimento intermediário e revestimento de produção. • Na nova abordagem, o foco é direcionado para o projeto do revestimento de produção e não para os dois citados anteriormente, e contém um projeto especial que deve atender aos requisites da engenharia de perfuração. Fonte: ADVANCED WELL COMPLETION ENGINEERING, REMPU, W. Completação inteligente Esta abordagem de determinar o revestimento de produção após a coluna de produção nos parece ser já uma abertura para a completação inteligente, que surge justamente com o intuito de maximizar a produção de hidrocarbonetos melhorando o processo de entendimento das condições de poço. Para isso já deve-se prever que o diâmetro seja adequado para deslocamento de linhas de sensores e um segundo liner de produção. Projeto de Completação • Objetivo do Poço: Pesquisa, Avaliação ou Desenvolvimento (óleo ou gás). • Ambiente: Localização - Onshore, Offshore. • Pefuração: Programa de perfurações e revestimento, cimentação e perfil (vertical, horizontal). • Reservatório: Pressões, temperatura, Camadas Produtivas, propriedades das rocha, propriedades dos fluidos. • Produção: Segurança, condições de operações e manutenção. • Equipamento: Equipamento de superfície, equipamentos fundo do do poço (downhole). 1. Tipos de Completação Cada configuração ou método de completação do reservatório e tubulação tem vantagens e desvantagens. As configurações de reservatórios e tubulação não podem ser tratados de forma independente; cada uma delas afetam a interface da outra. Existem varias configurações de completação utilizados ao redor do mundo. No entanto, o que ocorre são inúmeras variações de alguns métodos básicos que podem ser classificados quanto: 1. Tipos de completação • Quanto ao posicionamento da cabeça do poço. – Seca: terra ou no mar (plataforma fixa ou plataforma auto-elevatória-jack up) em águas rasas. wellhead instillation.wmv – Molhada (ANM) – completação submarina 1. Tipos de completação • Quanto ao revestimento de produção: – Poço aberto: (formações consolidadas) – Liner rasgado: (formações inconsolidas) – Revestimento canhoneado. Slotted Liners Quanto ao número de zonas explotadas 1. Tipos de completação Tabela 1 - Técnicas de Completação de Fundo do poço Técnica de Completação Vantagens Desvantagens Poço aberto - Sem perfuração (canhoneio), sem revestimento, nenhuma despesa cimentação - Tempo de sonda mínima - Diâmetro total do poço é zona de produção, o que melhora a produtividade - Nenhuma interpretação de sinal é necessário. - Responsável pela areia liberada - Não há seletividade para a produção ou estimulação - Capacidade limitada de isolamento, limitado a parte inferior do furo. Liner Rasgado/ frezado - Sem perfuração (canhoneio) ou despreza de cimentação para o revestimento de produção - Auxilia na prevenção produção de areia - Nenhuma interpretação sinal crítica é necessário. - Não há seletividade para a produção ou estimulação - Custo do revestimento de fenda ou pré-embalados com tela - Difícil isolarzonas para controle de produção - Tempo de completação ligeiramente mais longo do que anterior. Tabela 1 - Técnicas de Completação de Fundo do poço Revestido e cimentado Apresenta flexibilidade permitindo isolamento de zonas e seleção de zonas de produção ou de injecção. - Requer interpretação sinal crítico para especificar zona perfuração real - Custo do revestimento / capa de cimentação - Custo do tempo de sonda por mais tempo prazo de completação 1. Tipos de completação Principais decisões na completação superior são: - Elevação artificial tipo ( gás lift, bomba elétrica, etc); - Dimensões das tubulações - Completação simples ou dupla - Tubulação de isolamento ou não (packer/selador ou equivalente) 1. Tipos de Completação • Principais decisões na completação do reservatório são: - Trajetória do poço: vertical, direcional I,II e III (inclinado), horizontal. - Poço aberto ou revestido - Há exigência do tipo controle de areia - Estimulação (proponente ou ácido) - Zona únicas ou de multi-zonas (misturados ou seletiva) Fonte : Well Completion Design (Bellarby, J. )- Métodos de completação do reservatório. Aberto-Barefoot Liner rasgado- Pre-drilled or slotted liner Revestimento/cimentado/ canhoneado Cemented and perforated liner or casing Aberto- controle de areia/ Tela/ cascalho em tela Open hole sand control screens/gravel pack Revest. Cimentado/ Canhoneado e com Tela com cascalho ou Fragmento Cased hole gravel pack or frac-pack Fonte : Well Completion Design (Bellarby, J. )- Métodos de completação superior Tubingless completion Tubing completion without packer Tubing completion With annulus packer Dual tubing completion with packers 2- Considerações do PROJETO Inúmeros fatores deve ser tomado em consideração durante esta fase de planejamento do projeto de completação. Três considerações são de grande importância: - Mecânica. - Reservatórios; - Segurança e Meio ambiente 2- Considerações do PROJETO 2.1 - Considerações de Segurança e Meio ambiente - Avaliações de riscos - Controles e barreiras nos poços - Proteção ambiental 2.2- Considerações Mecânicas - Requisitos funcionais - Condições de funcionamento - Projeto dos componentes - Confiabilidade nos componentes 2.3 - Considerações de Reservatórios - Taxa de produção - Múltiplos reservatórios - Requisitos de recuperação e estímulos - Mecanismo de fluxo reservatório - Elevação artificial - Pressões, Temperatura e Water cuts, etc 2.1- Considerações de Segurança e Meio ambiente - Mínimo duas barreiras de segurança durante a sua vida (perfuração, completação e produção). - Barreira de segurança como um sistema independente, dotado de confiabilidade, formado por um conjunto de elementos, capazes de manter sob controle o fluxo de um poço de petróleo. - A segurança de um poço de petróleo é a condição proporcionada pelo conjunto de barreiras de segurança presentes no poço. As duas barreiras de segurança devem ser independentes, isto é, a falha de qualquer componente pertencente a uma barreira não pode comprometer a outra, salvaguardando o poço contra o descontrole. 2.1- Considerações de Segurança e Meio ambiente • A completação de um poço deve ser concebida de modo a ser segura instalada e operada. • Instalação segura terá que usar os perigos como controle do poço, elevadores pesados, produtos químicos e operações simultâneas. • As avaliações de risco não devem apenas cobrir os procedimentos de instalação, mas também tentar identificar qualquer risco de segurança para a completação, para o ambiente ou impacto nos negócios. 2.1- Considerações de Segurança e Meio ambiente • O impacto ambiental da instalação da completação, incluindo os resíduos, limpeza do poço e uso produtos químicos prejudiciais. • O projeto de completação tem um efeito muito maior do meio ambiente. 2.1- Considerações de Segurança e Meio ambiente • Completação eficiente eleva a produção, reduz o consumo de energia (e as emissões associadas). • Completações bem projetados podem reduzir a produção de resíduos por ser capaz de controlar a produção de água ou gás. • Completações podem ser projetados para lidar com reinjeção de produto de resíduos, por exemplo cascalho de perfuração, água produzida, gás não exportado, enxofre ou fluidos ácido. Pesquisar Como proceder para reinjeção de produto resíduais ou com rejeitos? - cascalho de perfuração; - água produzida; - gás não exportado; - enxofre ou fluidos ácido; - Resíduos radioativos , tem? Exercício para entrega em dupla - 2.1.1- Sistema de Barreiras do Poço Barreiras Primárias Barreiras Secundárias Blowout Preventer (BOP) Válvulas de segurança fundo do poço Válvulas da árvore de Natal Tubulação hanger, Cabeça de poço (tubo hanger spool), Revestimento de produção. Conexões da árvore com tubing hanger Cimento acima packer Revestimento intermediário cimentado Tubulações e conjuntos de completação Packer Revestimento com Packer 2.1.2- Exemplo de sistema de barreira durante a vida do poço Exemplo Barreiras Primárias Barreiras Secundárias Perfuração do poço Lama capaz de produzir torta filtro Revestimento/Cabeça do poço e BOP Execução da Completação superior Reservatório completado isolado e testado, por exemplo, teste de fluxo de entrada do liner cimentado ou teste de isolamento da válvula de pressão Revestimento/Cabeça do poço e BOP Remoção do BOP Packer e tubulação Revestimento/Cabeça do poço e tubing hanger Isolar o reservatório completado, exemplo plug de profundidade Plug no tubing hanger. Possibilidade de adicionar DSV (Downhole safety valve) Operação normal do fluxo do poço Árvore de natal, packer e a tubulação DSV, Revestimento, Cabeça do poço e tubing hanger Operação de bombeamento fora da capacidade do fluxo normal Árvore de natal ou válvulas de superfície, revestimento e cabeça do poço Desligar a bomba Remover a completação Reservatório completado isolado e testado, por exemplo, packer e plug de profundidade ou lama sobrebalanceada Revestimento/Cabeça do poço e BOP 2.2 - Considerações Mecânicas 2.2.1- Requisitos funcionais Os seguintes requisitos funcionais básicos - Proporcionar condições de fluxo ideais; - Proteger o revestimento dos fluidos do poço; - Contenção da pressão do reservatório em uma emergência; - Habilitar o poço para injeção de produtos químicos; - Habilitar o poço para ser colocado de forma segura para a remoção da produção; - Permitir as operações de rotina no fundo de poço. 2.2 - Considerações Mecânicas O projeto de completação aborda outros requisitos funcionais como: - Suspensão da tubulação; - Compensação para a expansão ou contração da tubulação; - Proteção contra erosão interna do tubulação; - Proteção do reservatório durante operações abandono do poço; - Operações de bombeamento para o abandono do poço; - Operações de intervenção em poços para fora da extremidade inferior da tubulação; - Teste de integridade de pressão; - Monitoramento de reservatórios; - Pontos de instalação para barreiras poço. 2.2 - Considerações Mecânicas 2.2.2- Projeto dos componentes As Empresascompletação de petróleo e gás são frequentemente consultados para auxiliar na conclusão de projetos de poço ou no desenvolvimento de especificações detalhadas dos equipamentos. Para isso, três grandes questões devem ser considerados: - Forma, ajuste e função das ferramentas - Aspectos Metalúrgicos - Materiais elastoméricos de vedação a) Forma, ajuste e função Cada completação tem seus próprios objetivos particulares que devem ser satisfeitas como a manutenção do poço. Os objetivos funcionais devem ser claramente identificados. Cada esboço (poço esquemático) é particularmente útil para a compreensão da completação total. Controles dimensionais, tais como o tamanho do revestimento e peso, dimensão da mangueira, são requisitos óbvios e devem ser incluídos formulários de controle. Mesmo se os componentes completação não sejam feito com uma seção de tubo cônico ou em conjunto que de encaixe de um revestimento, esta informação é crítico, uma vez que pode afetar os cálculos do movimento de tubulação e assim influenciar no projetos de completação. b) Metalurgia Muitos fatores devem ser considerados na escolha de metais para acessórios de completação. Estes incluem: - Propriedades mecânicas/força e - Degradação corrosivo, - Resistência ao stress cracking. Disponibilidade de material, processamento mecânico e soldabilidade também são de particular interesse para as empresas de manufatura. Às vezes pode ser difícil ou antieconômico de usar materiais idênticos para a tubulação e acessórios. Por exemplo, materiais decorrentes da força de trabalho a frio podem não estar disponíveis no grandes diâmetros necessários para alguns acessórios. Especificações para de material recomenda-se, os seguintes dados ambientais devem ser fornecidos: - Poço de Petróleo ou Gás - Pressão e temperatura no fundo do poço (bottomhole) - % de H2S e % de CO2 - Sal, Cloreto ou outras concentrações de minerais na água - Formação ou água condensada - pH in situ ou acidez da água - Corte de água ou a taxa de produção de água - Se injetor, são injetados fluidos abaixo 50 ppb de oxigênio - Grau da Tubulação - Tipo de Inibição e químico empregados - Tempo esperado entre manutenções (workover) - Histórico de Corrosão c) Materiais elastoméricos e Selos de vedação As decisões relativas aos elastoméricos ou materiais plásticos são baseados em informações similares para os metais, como por exemplo: - As temperaturas máximas e mínimas esperadas em áreas de vedação são críticos. - Produtos químicos também podem afetar a seleção de selos. - Tratamentos de inibição e tratamento do ácido esperado, devem ser considerados durante a fase de concepção de completação. - Fluidos de completação pode afetar negativamente materiais de vedação. - Utilização de zinco ou de cálcio, potássio brometos ou os cloretos de cálcio, hidróxido de sódio, biocidas, etc, devem ser observadas. c) Materiais elastoméricos e Selos de vedação Uma vez que as temperaturas, pressões, os fluidos e os dados químicos são conhecidos, em seguida, as aplicações de vedação inerente aos desenhos da ferramenta também tem de ser considerado. • Elementos de Vedações moldadas ou, V-packer, e O-rings são os tipos mais comuns de vedação. • O estado estático ou dinâmico, ativo ou não-ativo da aplicação do selo é uma consideração adicional. 3- Dimensionamento da Tubulação de produção • Os tamanhos de tubos e revestimento de produção de poços de petróleo e gás deve ser selecionado e determinado antes da completação do poço. • O tamanho da tubing pode ser alterado, mas o revestimento de produção não podem ser alterados após a completação do poço. • A seleção e determinação de tamanhos de tubos e revestimento de produção e o projeto da estrutura poço são os elos importantes no processo de completação de poços. • A prática tradicional é que a estrutura do poço é concebida e o tamanho do revestimento é determinado pela engenharia de perfuração. 3-Dimensionamento da Tubulação de produção • O tamanho da coluna de revestimento de produção depende: • O diâmetro da condutor de fluxo necessária para produzir a corrente de fluxo desejada, • O método de elevação artificial, se necessário ou • Problemas completação especializados, tais como controle de areia. 3- Dimensionamento da Tubulação de produção • Tamanho da tubu, lação de produção depende principalmente da taxa de produção desejada, que depende: - pressão do reservatório estática - relação desempenho influxo - queda de pressão na tubulação - queda de pressão através das restrições de cabeça de poço - queda de pressão através da linha de fluxo - nível de pressão nas instalações de separação de superfície 3-Dimensionamento da Tubulação de produção • Para um poço de gás natural, tanto a otimização da produção e estimulação deve ser considerada. • Portanto, o tubing e o tamanho do revestimento de produção pode ser calculado em função: • O tamanho do Tubing e revestimento de produção para um poço de gás natural é uma fmax (T1, T2, T3 ) nde: - T1 = Tamanho da tubulação do revestimento de produção pela otimização da produção; - T2 = Tamanho da tubulação de revestimento de produção e de estimulação; - T3= Tamanho de tubulação e revestimento de produção e tamanhos de outros requisitos tecnológicos especiais; - fmax = função máxima de valor. 4-Análise Nodal Perda de pressão do fluida através no meio porosa Perda de pressão do fluida através da seção de completação Perda de pressão do fluida através das válvula de bloqueio Perda de pressão do fluida através válvula de segurança Perda de pressão do fluida através válvula choque superfície Perda de pressão do fluida no flowline Perda de pressão do fluida no flowline Perda de pressão total na coluna de produção (incluindo ∆p3 e ∆p4) ∆𝑝1 = 𝑝𝑅 − 𝑝𝑤𝑓𝑠𝑘𝑖𝑛 = ∆𝑝2 = 𝑝𝑤𝑓𝑠 − 𝑝𝑤𝑓 = ∆𝑝3 = 𝑝𝑈𝑅 − 𝑝𝐷𝑅 = ∆𝑝4 = 𝑝𝑈𝑆𝑉 − 𝑝𝐷𝑆𝑉 = ∆𝑝5 = 𝑝𝑤ℎ − 𝑝𝐷𝑆𝐶 = ∆𝑝6 = 𝑝𝐷𝑆𝐶 − 𝑝𝑠𝑒𝑝 = ∆𝑝7= 𝑝𝑤𝑓 − 𝑝𝑤ℎ = ∆𝑝8 = 𝑝𝑤ℎ − 𝑝𝑠𝑒𝑝 = ∆𝑝6 ∆𝑝8 ∆𝑝3 ∆𝑝4 ∆𝑝7 𝑝𝑅 𝑝𝑤𝑓𝑠𝑘𝑖𝑛 𝑝𝑤𝑓 ∆𝑝1 ∆𝑝2 ∆𝑝5 𝑝𝑤𝑓𝑠 O tamanho da tubulação deve ser otimizado para garantir o menor consumo de energia para a elevação e o tempo de fluxo mais longo, ou seja, para utilizar racionalmente a energia do reservatório de petróleo e gás. A curva da relação de desempenho de influxo (IPR) indica o relacionamento em um poço entre a pressão de surgência no fundo do poço numa taxa estabilizada de produção, e a taxa de produção líquida, que pode ser obtido com base na pressão do reservatório, na taxa de produção líquida e na taxa de pleno escoamento na condição de pressão nula de escoamento de fundo do poço. Vários métodos de cálculo da curva de IPR, um dos mais usados é o de Vogel ou de 𝑞𝑜 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 1 − 0,2 𝑝𝑤𝑓 𝑝𝑟 − 0,8 𝑝𝑤𝑓 𝑝𝑟 2 4- Análise de Sensibilidade do Tamanho da tubulação fluxo do poço 4- Análise de Sensibilidade do Tamanho da tubulação fluxo do poço Onde: d= diâmetro interno da tubulação, em mm; 𝛾1= densidade relativa do líquido; Q1=taxa de produção no final do período de fluxo, t/d; L = comprimento da tubulação, m; PWF =pressão do fluxo fundo do poço no final do período de fluxo,10 5Pa; PWH=pressão de fluxo no tubo no final do período de fluxo, 10 5Pa. 𝑑 = 0,074 × 𝛾1 × 𝐿 𝑝𝑤𝑓 − 𝑝𝑤ℎ 0,5 × 𝑄1 × 𝐿 𝛾1 × 𝐿 − 10 × 𝑝𝑤𝑓 − 𝑝𝑤ℎ 1 3 × 25,4 Exemplo 1 • Um determinado poço apresenta uma previsão de produção (Q1) de 75X103 kg/d, a pressão na cabeça de poço PWH =2X10 5Pa, a pressão de fluxo do fundo do poço= 23X105Pa, a profundidade L = 1000 m, e a densidade relativa do fluido produzido é 0,9. Selecionar a dimensão do tubing com o mais longo período de fluxo. 𝑑 = 0,074 × 𝛾1 × 𝐿 𝑝𝑤𝑓 − 𝑝𝑤ℎ 0,5 × 𝑄1 × 𝐿 𝛾1 × 𝐿 − 10 × 𝑝𝑤𝑓 − 𝑝𝑤ℎ 1 3 × 25,4 𝑑 = 0,074 × 0,9 × 1000 23 − 2 0,5 × 75 × 1000 0,9 × 1000 − 10 × 23 − 2 1 3 × 25,4 𝑑 = 58,7𝑚𝑚 Exemplo Graus de Tubulações 3- Requisitos para o Projeto e Forma da Completação • Um exemplo de formulário indicando os requisitos de completação e dados de poços necessários. • A unidades imperiais ou métricas podem ser usados, mas devem ser claramente identificados. • Um esboço genérico da completação, quando possível, também deve ser fornecido. • Guias mais completo estão disponível em empresas especializadas mediante solicitação. • Quaisquer requisitos especiais para elastômeros, metalurgia, etc. tópicos devem ser indicados, como deve ou ser, processamento especial, certificações, inspeções, etc 3.1- Requisitos funcionais de uma Sequência de Completação • O projeto de uma sequência completação envolve a seleção de componentes que executam funções específicas funções e estas funções são dependentes a filosofia da empresa operadora. • Filosofias empresa que opera diferem no que diz respeito ao design de sequência de completação e, em alguns casos há razões históricas para a inclusão de componentes que fornecem funções específicas. • A seguir, exemplo real de completação: 3.1- Requisitos funcionais de uma Sequência de Completação • A sequência de etapas normalmente executada na completação de poços de petróleo offshore pode ser resumida da seguinte forma: - Remove o BOP e retira os tampões de cimento descidos ao término da perfuração; - Verifica a qualidade da cimentação primaria, ou faz squeeze para corrigir; - Canhoneia; - Substituição do Fluido de Perfuração e Condicionamento do Poço; - Instalação do sistema de contenção de areia; - Instalação da Cauda Intermediária; - Instalação da Coluna de Produção e Suspensor de Coluna; - Instalação da árvore de natal molhada; - Realização de testes de formação; - Instalação da tree Cap e abandono do poço. • Projeto de Completação Exemplo Considere o revestimento esquemático da Figura a seguir . O objetivo é criar uma sequência completação para este poço com os seguintes requisitos funcionais básicos: - Proporcionar condições de fluxo ideais; - Para proteger o revestimento dos fluidos do poço; - Para conter a pressão do reservatório em uma emergência; - Para habilitar-se poço de injeção de produtos químicos; - Para habilitar o poço para ser colocado em uma condição prévia segura para a remoção da produção pela tubulação (isto é, para ser mortas); - Para permitir as operações de fundo de poço de rotina. 1.4.1- Sequencia de uma programação de perfuração e revestimento As principais características são as seguintes: 1) A instalação de um condutor de 30 polegadas a aproximadamente 500 pés (152,4 m) é o tubo condutor que fornece força estrutural, abrange as formações macias, logo abaixo do leito do mar e é um tubo de maior diâmetro instalada num poço. O poço (hole) necessário para acomodar o tubo condutor pode ser perfurado (onshore) ou com estacas impulsionado (offshore). 2) A instalação de 20 polegadas revestimento de superfície que termina em 1000 pés (304,8 m) de profundidade vertical total. A superfície do tubo de cobertura fornece proteção contra gases rasos, veda areias soltas, o lençol freático e fornece uma base para o BOP e a montagem de cabeça de poço. Superfície do revestimento é sempre cimentada em volta da superfície. 1.4.1- Sequencia de uma programação de perfuração e revestimento 3) A instalação do revestimento intermediário de 13 3/8 polegadas que termina em 4000 pés (1219,2 m) de profundidade vertical total. A Tubulação de revestimento intermediário é usado para proteger as formações fracas; ajuda a evitar a circulação fluidos perdidos de perfuração no poço. Num poço profundo, mais do que uma coluna de revestimento intermédia pode ser definido. Revestimento intermediário é geralmente cimentado a algumas centenas de metros acima da sapata de revestimento da superfície da coluna do revestimento. 4) A instalação de 9 5/8 polegadas revestimento de produção termina numa profundidade vertical de aproximadamente 7.500 pés (2286 m) total. Tubulação de revestimento de produção é usada para fornecer o controle do poço concluído e é a cadeia principal que atinge-se o intervalo de produção. Revestimento de produção é geralmente cimentado para algumas centenas metros acima da sapata da coluna de revestimento intermediário. 1.5-DETALHAMENTO DAS FASES DE UMA COMPLETAÇÃO • Ao término da perfuração, o poço geralmente é abandonado temporariamente, para posterior completação. 1.5-Detalhamento das fases de uma completação Podemos ter as seguintes, as fases da completação com árvore de natal convencional, cujo método de elevação artificial utilizado é o gas lift: • Instalação dos equipamentos de segurança para controle do poço; • Condicionamento do revestimento de produção, até topo do liner, utilizando água do mar; • Condicionamento do liner, e substituição fluido nele contido por fluido de completação; 1.5-Detalhamento das fases de uma completação • Verificação da qualidade da cimentação primária realizada pela perfuração, e correção, se necessário; • Canhoneio na zona de interesse, para comunicação do reservatório com o interior do revestimento de produção, permitindo produção dos fluidos do reservatório ; 1.5-Detalhamento das fases de uma completação • Avaliação das formações, através de um teste de formação à poço revestido (TFR), se solicitado; • Descida da cauda de produção, geralmente com coluna de trabalho. 1.5-Detalhamento das fases de uma completação • A coluna de produção tem o objetivo de isolar a formação, possibilitando a retirada apenas da parte superior da coluna de produção numa futura intervenção, sendo que a extremidade da coluna deve se posicionar a aproximadamente 30 metros acima do topo da zona de interesse; 1.5-Detalhamento das fases de uma completação • Retirada da coluna de trabalho, com a camisa do TSR; • Instalação dos equipamentos no interior do poço, para garantir a produção de forma segura e eficiente; • A ANP exige a instalação da DHSV (Down Hole Safety Valve) para segurança do poço. 1.5-Detalhamento das fases de uma completação • Instalação da árvore de natal, convencional ou molhada; • Indução de surgência, para que o poço entre em fluxo, injetando-se gás pelo anular, 1.5-Detalhamento das fases de uma completação • Pode-se também utilizar o flexitubo e injetar gás diretamente no interior da coluna; • Um outro esquema final de completação de poços é o método de elevação artificial utilizado é o do bombeio centrífugo submerso (BCS). 1.6- Instalação dos equipamentos de segurança • É a primeira fase da completação e visa possibilitar o acesso ao interior do poço, com toda a segurança necessária, para execução das demais fases. • 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. • Esta 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. 1.6- Instalação dos equipamentos de segurança • A situação final da cabeça de poço, após serem efetuados os tie-backs e instalada a cabeça de produção. • Na sequência é instalado o preventor de erupções (BOP - blow out preventer) da formação. • O preventor de erupções é um equipamento instalado sobre a cabeça de produção e tem como objetivo fundamental permitir o fechamento do poço com segurança no caso de um fluxo inesperado 1.6- Instalação dos equipamentos de segurança 1.6- Instalação dos equipamentos de segurança • A cabeça de produção é um equipamento que fica conectado, através de parafusos e flanges, à cabeça de revestimento e ao preventor de erupções, tendo como função principal servir de apoio à coluna de produção que será descida numa fase posterior da completação, por meio de um suspensor. • Possui saídas laterais que permitem o acesso ao espaço anular entre o revestimento de produção e a coluna de produção. 1.6- Instalação dos equipamentos de segurança 1.7- Instalação dos equipamentos de segurança - SSV • Ao encomendar um SSV todo o sistema deve ser considerado. • O tamanho da válvula é determinada por a corrente de fluxo no qual ele está instalado. • Se é para ter o funcionamento em árvore vertical, deve ter o mesmo tamanho da válvula mestra inferior. • A pressão, a temperatura e especificações de serviço deve ser a mesma para a válvula mestre inferior. • Especificações do atuador deve considerar controle o pressão do sistema que está disponível. A pressão do corpo da válvula, relação e pressão de comando são relacionados por 𝑝𝑐𝑙 = 2𝑝𝑣𝑏 𝐹𝑎𝑐 2. Condicionamento do poço • 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 descido broca e raspador, através de uma tubulação metálica, conhecida por coluna de trabalho, de modo a deixar o interior do revestimento de produção (e liner, quando presente) gabaritado e em condição de receber os equipamentos necessários. • A broca é utilizada para cortar os tampões de cimento e tampões mecânicos, deixados no interior do poço quando de seu abandono temporário pela perfuração, bem como restos da cimentação primária. 2. Condicionamento do poço • O raspador é uma ferramenta com lâminas retrateis, que desce raspando a parte interna do revestimento de produção, retirando o que foi deixado pela broca. 2. Condicionamento do poço • 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 uma pescaria. • Normalmente, a cada trinta metros de cimento cortado, é deslocado um colchão viscoso para limpeza do poço. 2. Condicionamento do poço • São efetuados testes de estanqueidade do revestimento de produção, pressurizando-o durante dez ou quinze minutos. • Caso não se consiga pressão de teste estabilizada, procede-se a localização e correção do vazamento. • O fluido de completação com peso específico capaz de fornecer pressão hidrostática no interior do poço um pouco superior à pressão estática da formação circula diretamente pelo interior da coluna de trabalho retornando pelo anular com auxílio de bombas de deslocamento positivo. 3- Soluções salinas (Brines) • São amplamente utilizados como fluidos de manutenção e completação. • Dependendo do tipo de sal e as suas densidades de concentração variam entre 1,0 kg/L e 2,3 kg/L. • Ocasionalmente salmouras devem ser viscosificadas para evitar prejuízos para a formação ou para garantir uma capacidade de carregamento suficiente para limpeza do poço. • O efeito de formação de filtro é necessária para evitar danos pela formação de sólidos. 4- Fluidos de Completação Características requerida para um fluido de completação: - Gravidade especifica (densidade relativa); - Viscosidade; - Taxa de filtração; - Compatibilidade; - Estabilidade; - Preparação e manuseio (não tóxico, não poluente e nem corrosivo); - Custo menor. 4.1 Características requeridas a) Gravidade específica • A gravidade específica é projetado para manter o poço estável, exercendo pressão suficiente sobre a volta reservatório. • Uma pressão diferencial de cerca de 1MPa (150 psi) entre o hidrostática e as pressões de formação é frequentemente adotado para manter um certo grau de segurança, enquanto minimizando a invasão do reservatório. • No entanto, em alguns casos especiais, o diferencial pode ser muito menor, mesmo perto de zero. A gravidade específica deve ser fácil de ajustar. 2.1 Características requeridas b) Viscosidade • Viscosidade deve ser suficiente para eliminar o poço corretamente, manter os sólidos em suspensão (estacas e materiais de ponderação) e manter kicks de gás na baía. c) Taxa de filtração • As partículas sólidas devem ser mantidos migrem para o sistema de formação de poros. Para alcançar este objetivo, aditivos de perda de fluido temporários podem ser utilizados cujo tamanho de grão é adaptada ao diâmetro dos poros. • Em alguns casos (em especial formações sensíveis), é importante para manter o volume de filtrado invadindo a formação de um mínimo. 4.1 Características requeridas d) Compatibilidade • Todas as reações físico-químicas entre o filtrado e a formação deve ser evitada, adaptando a sua composição para a água do reservatório (e mesmo para a injeção de água de uma instância de manutenção de pressão) e para os componentes sensíveis na formação (especialmente xistos). e) Estabilidade • O fluido deve apresentar uma boa estabilidade com o tempo e, principalmente, ser capaz de suportar a temperatura do reservatório. f )Preparação e manipulação • O fluido deve ser bastante fácil de preparar, desde equipamentos, particularmente a manutenção plataformas, nem sempre são devidamente equipados. Ele não deve ser nem tóxico, poluente, nem corrosivo. g) Preço O fluido deve ter o preço de custo mais baixo possível. 4.1.1- Principais fluidos a) Baixo peso específico Estes são especialmente espumas e lamas que contenham óleo, tais como: • Lama à base de óleo • Lama de emulsão invertida (1O a 50% de água dispersa) • Lama de emulsão direta (20 a 45% de óleo disperso). 4.1.1- Principais fluidos b. Gravidade especifica maior do que 1 - Sem sólidos Estes consistem em salmouras (base de água e sal). Deve notar-se que o ponto de cristalização de salmouras depende do tipo de sal (ais) e a concentração (que pode ser maior do que 0 OC, ou 320 F). Os preços aumentam exponencialmente com gravidade específica. - Baixo teor de sólidos Estes são também salmouras com aditivos de perda de fluido e viscosificadores (do tipo que pode ser Acidificado). - Alto teor de sólidos Estes são a água e os fluidos de viscosidade de base com materiais de ponderação adicionados tais como carbonato cálcio ou carbonato de ferro para alcançar alta gravidade específica.Suas desvantagens são o risco de sedimentação e sua alta viscosidade, mas eles são menos caros do que salmouras gravidade alta. 4.1- Principais Fluidos 4.1.1- Aditivos Para adequar as propriedades físicas e química são adicionados aditivos aos fluidos de completação: - Viscosificantes; - Anti-espumante; - Emulsificadores; - Agente de controle de perda de fluidos; - Densificadores 5- Cimentação • A cimentação destina-se a promover vedação hidráulica entre os diversos intervalos permeáveis. • A existência de uma efetiva vedação hidráulica é de fundamental importância técnica e econômica, garantindo um perfeito controle da origem (ou destino) dos fluidos produzidos (ou injetados). 5- Cimentação • Se não houver vedação hidráulica necessidade da correção de cimentação. • Para se avaliar a qualidade da cimentação são utilizados perfis acústicos, que medem a aderência do cimento ao revestimento e do cimento à formação. • Em função da interpretação dos perfis obtidos se decide quanto a necessidade ou não de correção da cimentação. 6- Canhoneio • É a etapa seguinte da completação e tem por finalidade colocar a formação produtora em contato com o interior do poço revestido, através de perfurações, com potentes cargas explosivas. • Estas perfurações penetram na formação algumas polegadas após atravessarem o revestimento e o cimento, criando canais de fluxo por onde se processa a drenagem dos fluidos contidos no reservatório. 6- Canhoneio • As cargas explosivas são dispostas e alojadas de forma conveniente em canhões. • Uma vez estando o canhão posicionado em frente ao intervalo desejado é acionado um mecanismo de disparo que detona as cargas explosivas. • Estas cargas são devidamente moldadas de forma a produzirem jatos de alta energia, com velocidades de até 9.000 m/s. • Incidem numa pequena superfície do revestimento geram pressões da ordem de 5.000.000 psi e promovem a perfuração no revestimento, cimento e formação. 6- Canhoneio 6- Canhoneio 6- Canhoneio • O objetivo do canhoneio é gerar o máximo comprimento de perfuração . • Tamanhos de orifício de entrada típicas irão variar entre 0,2 e 0,4 pol. • Diâmetro maiores (em cerca de 1 pol.) é conseguida por um cone mais espesso de explosivo, com cargas de 70g (2,5 oz) ou mais. • A API define linhas de orientação sobre a preparação e tamanho do alvo de concreto, o teste de resistência à compressão e à coleta de dados. • Dados inclui profundidade de penetração, o diâmetro do furo do revestimento da tubulação e a altura da rebarba dentro. • Testes opcionais incluem disparar no ar ou através de tubulação com múltiplos revestimento, com variação de cimentos. • Os testes são relativamente simples de realizar e com frequência e é usado para comparar diferentes sistemas de armas. • Penetração de concreto é geralmente 50% maior do que no arenito. Há também preocupações generalizadas de que as especificações do concreto API permitem muita variação e, portanto, alvo das penetrações pode ser variável. 6.1- Canhoneio- Performance de poço revestido e perfurado Esta performance é a combinação entre o faseamento e tiros por pé de perfurações múltiplas. 6.2- Profundidade dos tiros Uma série de parâmetros relacionados com a geometria de canhoneio têm influência significativa no índice de produtividade do poço, tais como: - densidade de jatos (perfurações/unidade de comprimento); - profundidade de penetração; - defasagem entre os jatos (0º, 90º, 120º e 180º); - distância entre o canhão e o revestimento, e - diâmetro de entrada do orifício perfurado. 6.3- Modelos de armas 6.4- Tipos de Explosivos 1,3,5-Trinitroperhydro- 1,3,5-triazine (cyclonite) Octahydro-1,3,5,7-tetranitro- 1,3,5,7-tetrazocine (octogen) 6.4- Tipos de Explosivos 6.5- Tensões sobre a rocha σmax σmin 6.6- Tipos de armas 6.6- Tipos de armas 6.6- Tipos de armas 7- Avaliação das formações • Teste de formação a poço revestido (TFR) É descida uma coluna especial no poço, composta de diversos equipamentos: os registradores de pressão e temperatura, o packer de operação, os amostradores, a válvula para fechamento do poço no fundo, e as válvulas para circulação. 7- Avaliação das formações • O poço é colocado em fluxo, pelo interior da coluna, visto que o packer isola o espaço anular coluna de teste x revestimento do poço, mede-se então na superfície a vazão de líquidos (Q líquidos) e vazão de gás (Qgás), determinando-se: - Razão gás-líquidos (RGL): m3 de gás produzidos/m3 de líquido aferido. - Razão gás-óleo (RGO): m3 de gás foram produzidos/m3 de óleo aferido. - Razão corte de água: % de água presente no volume de líquidos produzidos • O índice de produtividade (IP) é um parâmetro que indica de forma simples e direta o potencial de um determinado poço: 𝐼𝑃 = 𝑞 𝑃𝑒−𝑃𝑤𝑓 7- Avaliação das formações • Teste de produção (TP) É semelhante ao TFR, porém o fechamento do poço ocorre na superfície, não existindo a necessidade de uma coluna especial para o teste. Os registradores são descidos dentro da coluna através de uma cabo. O fechamento na superfície faz com que a pressão lida nos registradores de fundo seja influenciada significativamente pela compressibilidade dos fluidos produzidos dentro do poço, gerando o efeito conhecido como estocagem. Quanto maior for o volume do poço, maior também será o efeito da estocagem. 7- Avaliação das formações • Registro de pressão (RP) Consiste na descida de registradores de pressão por cabo dentro da coluna para obter as pressões de fluxo e/ou estática. Não é feito medidas de vazão na superfície. Neste tipo de teste pode ser registrado as pressões em diferentes profundidades no poço, assim se o poço esta em fluxo estabilizado diz que o gradiente é dinâmico e se esta fechado é o estático. 8- Equipamentos do poço O poço recebe a coluna de produção e a árvore de natal, convencional (ANC) ou molhada (ANM). A coluna de produção é constituída basicamente por tubulação metálica removível (tubulação de produção). Na coluna são conectados uma série de outros componentes, sendo descida pelo interior do revestimento de produção. 8.1- Coluna de Produção As principais funções da coluna de produção são: - Conduzir, de forma otimizada e segura, os fluidos produzidos até a superfície; - Permitir a instalação de equipamento de elevação artificial; - Proteger o revestimento contra fluidos agressivos (CO2, H2S, etc) e pressões elevadas; - Possibilitar a circulação de fluidos para o amortecimento do poço em intervenções futuras. 8.1- Coluna de Produção 8.1- Coluna de Produção Principais Componentes da Coluna de Produção: - Tubos de Produção; - Shear out; - Hidro-trip; - Nipples de assentamento; - Camisa deslizante; - Check valve; - Packer de produção - Unidade selante; - Junta telescópica (TSR - Mandril de gas-lift, e - Válvula de segurança de subsuperfície (DHSV) 8.1.1-Tubos de Produção • Componentes básicos da coluna e representam o maior custo dentre os equipamentos de subsupefície. • A seleção da tubulação a ser empregada num determinado poço leva em conta 4 fatores: - diâmetro interno do revestimento de produção; - máxima vazão esperada: determina-se o diâmetro nominal da coluna; - fluido a ser produzido: define o tipo do aço (grau)dos tubos, bem como o tipo das conexões; - esforços mecânicos: calculando-se os esforços a que a coluna estará submetida durante sua vida útil (tensões de tração, de colapso e pressão interna), e definido o grau do aço, a espessura de parede o seu peso por metro. 8.1.1-Tubos de Produção • Devido ao uso prolongado da coluna de produção, prioriza-se nestes tubos a confiabilidade da vedação (estanqueidade) ao invés da praticidade de manobra. • Assim, privilegia-se as roscas finas que promovem a vedação metal-metal na própria conexão. 8.1.2-Tipos de rosca Observações: • As roscas EU e NU se enquadram na categoria de perfil redondo e são padronizadas pela norma 5B do API. • A rosca NU está em desuso em nossa região e a rosca EU é a mais comumente utilizada, dada a grande quantidade de poços produtores de óleo, sem outros fluidos agressivos associados, em nossa região. • Nos poços completados com coluna 5 1/2” emprega-se os tubos de revestimento com conexão BTC (Buttress thread casing), com 5 fios por polegada, padronizada pelo API, as quais se enquadram na categoria de perfil quadrado. • Os tubos comprados para completar os poços de Marlim com esta coluna de 5 1/2” possuem grau N80 e peso de 17 lb/pé. • Em poços produtores de gás, com fluidos agressivos ou com alta pressão, são empregados tubos com roscas premium, especificamente as roscas TDS e VAM-ACE. • Nos poços equipados com liner de 7”, utiliza-se tubulação com diâmetro externo (OD) de 3 1/2” para facilidade de pescaria, pois o diâmetro externo da luva é 4 1/2”. • Alguns poços possuem zona de interesse revestida por liner 5 1/2” e, nestes casos, utiliza-se a coluna 2 3/8” (OD da luva 2,875”); 9- Completação típica de um poço marítimo Uma completação típica de um poço marítimo, com arvore de natal convencional e equipamentos de gás lift, obedece às seguintes fases em sequência: 1) Instalação de Equipamentos de superfície (cabeça de produção, BOP); 2) Condicionamento do revestimento de produção; 3) Substituição do fluido do poço ( lama ) por fluido de completação, isento de sólidos; 4) Avaliação da qualidade da cimentação com perfis CBL/VDL/CEL/CCL/GR; 5) Canhoneio da Zona de interesse; 6) Avaliação da zona produtora (TFR/TP) 7) Descida da cauda de produção com coluna de trabalho; 8) Descida da coluna de produção até o suspensor de coluna(MGL/DHSV/TH) 9) Instalação da Arvore de Natal Convencional, ou Molhada; 10)Indução de surgência. Injeção de Gás Lift pelo anular, Injeção de N2 por dentro da coluna de produção (FLEXITUBO), BCS (Bombeio Centrífugo Submerso) 9.1-SISTEMA DE CABEÇA DE POÇO SUBMARINO FUNÇÕES DA CABEÇA DE POÇO, além de ancorar o revestimento: –Guiar a descida e instalação de equipamentos na cabeça de poço. –Servir de balizamento, estrutura inicial de um poço. –Prover sustentação e vedação para BOP stack –Sustentar o peso dos revestimentos. –Prover vedação para o anular entre revestimentos –Prover sustentação e vedação para a Base Adaptadora de Produção (BAP) e a Árvore de Natal Molhada (ANM). 9.2- BOP –Plataforma Alta Elevatória (PA) BOP na superfície –Sonda semi-submersíveis e nos navios-sonda BOP submarino http://www.bop-products.com/blow-out-preventers-houston-texas-bop- products-llc/ https://www.youtube.com/watch?v=R0MKPhVcrdg 9.3- Cabeça do Poço • Sistema com Cabos Guia ou Guideline-GL 9.3 Cabeça do Poço • Sistema sem Cabos Guia ou Guidelineless -GLL BAP-Base Adaptadora de Produção 9.3- Cabeça do Poço 9.3- Cabeça do Poço 9.4- Árvore de Natal O sistema de Árvore de Natal Molhada tem por objetivo conter e controlar a produção ou injeção de fluido junto ao fundo do mar 10- Esquema de um poço Completado O projeto de completação aborda outros requisitos funcionais: - Suspensão da tubulação; - Compensação para a expansão ou contração da tubulação; - Erosão interna do tubo; - Proteção do reservatório durante operações de poço morto (well kill); - Operações de bombeamento para o poço morto ; - Operações de intervenção em poços para fora da extremidade inferior do tubo; - Teste de integridade de pressão; - Monitoramento de reservatórios; - Pontos de instalação para barreiras do poço . A selecção de componente para esta completação é mostrada na Tabela 2 . Requisito Funcional componentes Optimizar a produção Tubos ID Revestimento de proteção gancho Tubos Packer permanente contenção de emergência Válvula de segurança de pouso bocal (SVLN) Linha de controle hidráulico Válvula de segurança recuperável Fixo (WRSV) injeção química Bolso lateral mandril (SPM) Side pocket mandrel (SPM) poço abandono Sliding side door (SSD) Porta deslizante lado (SSD) Operações de poços de rotina Xmas Tree /árvore de Natal Movimento cadeia Tubos selar montagem Prolongar a vida útil tubulação acoplamentos de fluxo Sustentação Tubing hanger gancho Tubos Pontos de instalação de barreira Landing nipplesNipples de união gancho Tubos teste de pressão Landing nipplesNipples de união operações de bombeamento Tubulação colector c / bloqueador Tabela 2 – Componentes e Requisitos funcionais Tabela 2 - Seleção de componentes para completação Exemplo 1 • NOTA: Alguns componentes têm funções duplas. NOTA: Este projeto completação utiliza um packer permanente e tubo de escape que será instalado por meio de técnicas de linha fixa (wireline) ou hidraulicamente através de uma sequência de trabalho, antes de executar a sequencia de completação (Sistemas Packer será discutido mais tarde.) 1.3 Completação no Reservatório • Existem vários métodos de completar um poço na zona produção (ou zonas) de modo a ligar os fluidos do reservatório com o furo do poço. a) Completação em poço aberto: o revestimento de produção é definido e cimentado a uma profundidade um pouco acima da zona produção. Este tipo de completação é ideal onde a rocha reservatório é da resistência mecânica adequados ou seja está consolidado e não vai desfazer. Completação de poço aberto tem muito pouca aplicação no Mar do Norte, onde os reservatórios são heterogêneos ou onde o desenvolvimento é de alto risco e alto custo. Completação de poço aberto não oferecem espaço para isolar zonas individuais para a produção, estímulo ou trabalho de reparação. No entanto, este tipo de completação fundo é amplamente utilizados em campos de terra, onde economias de custo de não correr e perfurantes carcaça significativamente reduzir os custos totais poço. As vantagens e desvantagens dos tipos completação de poço aberto são indicados na Tabela 1. b) Completação de liner não cimentada Em uma formação não consolidada onde a areia é susceptível de ser produzida, de um revestimento não cimentada pode ser usado. O revestimento de produção é definido acima da zona de produção e um poço aberto perfurado. O poço aberto é então alinhado com um pequeno pedaço tubo com fenda ou um revestimento de rede (ou tubo), que está pendurada no revestimento de produção e selado nele . Os peneira /telas enrolado tubo impede a entrada de areia no furo do poço . Em poços de areia, onde fenda ou fio revestimento envolto mostrou-se inadequada, a técnica de refinamento de revestimento de cascalho foi desenvolvido. Então o revestimento Gravel consiste em preencher o espaço anular entre o poço aberto e o forro com uma bainha de cascalho - o pacote de cascalho externo. O cascalho utilizado é areia grossa com um diâmetro apropriada dos grãos para controlar a produção de areia indesejada. Telasde areia estão disponíveis onde a areia grossa é já pré-embalados na montagem revestimento. Este tipo completação de fundo de poço de fundo tem todas as desvantagens da completação do poço aberto , com o custo adicional do revestimento e dos suportes aplicados , mas onde areias não consolidadas necessita de ser controlado. • Este é o tipo mais comum de métodos completar fundo de poço, especialmente no mar. • Neste tipo de completação do revestimento de produção , o revestimento é ajustado e cimentada através e além da zona de produção. • A comunicação com o reservatório é, em seguida, estabelecido por furos produzido por tiros através do revestimento. • A capa de cimento em torno do revestimento isola cada zona ou camada de um reservatório e permite que as zonas possa ser perfurada selectivamente, produzindo e estimulada. • O custo inicial de completação desta forma tem implicações de custos mais elevados. • As vantagens e desvantagens de tipo de completação com revestimento e cimentado são indicadas na Tabela 1. c) Completação revestida, cimentado e canhoneada
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