Capítulo 4 - Perfuração de poços de petróleo

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Perfuração 
 
Equipamentos da sonda de perfuração 
 Sistema de sustentação de cargas: mastro (estrutura treliçada ou tubular 
subdividida em 3 ou 4 seções) ou torre (grande número de peças montadas uma 
a uma), subestrutura (vigas de aço especial montados sobre a base, onde são 
instalados os equipamentos de segurança do poço) e base (estrutura rígida 
apoiada sobre solo resistente, suportando as deflexões, vibrações e 
deslocamentos provocados pela sonda) 
Manobra: broca retirada até a superfície e substituída por outra 
 Sistema de geração e transmissão de energia: fontes de energia (Normalmente 
motores diesel. Em sonda marítima com reserva de gás, turbina a gás. Energia 
elétrica quando disponível. Precisam operar com velocidade e toque variáveis.) 
 Sondas mecânicas: energia dos motores a diesel levada a uma transmissão 
principal (compound) através de acoplamentos hidráulicos (conversores de 
torque) e embreagens. 
 Sondas diesel-elétricas: do tipo AC/DC. Há a necessidade da frequência aplicada 
aos motores em contraposição à retificação da corrente como nas sondas 
mecânicas. 
 Sistema de movimentação de carga: permite movimentar as colunas de 
perfuração, de revestimento e outros equipamentos. Guincho (2 tambores, sendo 
o principal responsável por cargas pesadas e o auxiliar por cargas leves. Possui 
freio principal (mecânico) e secundário (hidráulico ou eletromagnético), bloco 
de coroamento (conjunto estacionários de 4 a 7 polias para suportar todas as 
cargas que lhe forem transmitidas pelo cabo de perfuração), catarina (conjunto 
de 3 a 6 polias e fica suspensa pelo cabo de perfuração que passa alternadamente 
pelas polias do bloco de coroamento e suas polias. Seu gancho possui sistema de 
amortecimento interno), cabo de perfuração (cabo de aço traçado em torno de 
um núcleo), gancho e elevador (possui forma de anel bipartido e é utilizado 
para movimentar elementos tubulares). 
 Sistema de rotação: mesa rotativa (transmite a rotação à coluna de perfuração), 
kelly (transmite a rotação da mesa para a coluna de perfuração. Possui seção 
quadrada para terra e hexagonal para mar), swivel (separa os elementos rotativos 
daqueles estacionários na sonda de perfuração. Superior = estática, inferior = 
rotativa. O fluido de perfuração é injetado no interior da coluna através dele) 
Top drive: perfuração com motor conectado no topo da coluna, eliminando o uso 
da mesa rotativa e do kelly. Permite perfurar o poço de 3 em 3 tubos. A retirada ou 
descida da coluna pode ser feita com tanto com rotação quanto com circulação de 
fluido de perfuração em seu interior. 
Motor de fundo: o giro no motor hidráulico só se dá na parte inferior do motor de 
fundo. Empregado na perfuração de poços direcionais (coluna de perfuração não 
gira => torque imposto a ela é nulo, minimizando seu desgaste). 
 Sistema de circulação: fase de injeção (fluido de perfuração succionado dos 
tanques pelas bombas de lama e injetado na coluna de perfuração até passar pelo 
espaço anular entre o poço e a coluna pelos jatos da broca. Bombas em paralelo 
na fase inicial), fase de retorno (saída do fluído pelos jatos da broca até sua 
chegada até a peneira vibratória através do espaço anular) e fase de tratamento 
(eliminação de sólidos ou gás que se incorporam durante a perfuração e 
tratamento químico.Peneira vibratória -> desareiador -> dessiltador -> mud 
cleaner -> Centrífuga -> Centrífuga de alta velocidade). O desgaseificador 
está sempre presente. 
 Sistema de segurança do poço: cabeça de poço (diversos equipamentos que 
permitem a ancoragem e vedação das colunas de revestimento na superfície: 
cabeça de revestimento, carretel de perfuração, adaptadores, carretel 
espaçador e seus acessórios) e preventores anular (fechar o espaço anular 
comprimindo um elemento de borracha que se ajusta contra a tubulação, 
funcionando em qualquer diâmetro de tubulação) e de gaveta (permite o 
fechamento do espaço anular deslocando duas gavetas, uma contra a outra). Usa-
se 2 ou 3 de cada tipo geralmente. 
 Sistema de monitoração: manômetro (pressão de bombeio), indicador de peso 
no gancho e sobre a broca, torquímetro (torque na coluna de perfuração e nas 
conexões da coluna de perfuração ou revestimento), tacômetro (velocidade da 
mesa rotativa e da bomba de lama). Indicador mais importante é o que mostra a 
taxa de penetração da broca. 
 
Colunas de perfuração 
 Comandos (Drill Collars – DC): elementos tubulares de aço forjado que 
possuem alto peso linear. Fornecem peso sobre a broca e provém rigidez à 
coluna, aumentando o controle sobre a trajetória do poço. 
 Tubos pesados (Heavy-Weight Drill Pipes – HWDP): promovem a transição de 
rigidez entre os comandos e os tubos de perfuração, diminuindo a possibilidade 
de falha por fadiga. 
 Tubos de perfuração (Drill Pipes – DP): tubos tratados internamente com 
aplicação de resinas para diminuição do desgaste interno e corrosão. 
Características importantes: peso nominal, diâmetro nominal, tipo de reforço 
para soldagem das uniões, grau do aço (E, X95, G105, S135), comprimento 
nominal (range) e tipo de rosca. 
Tool joints: conexões cônicas nas extremidades dos tubos de perfuração. 
Drift: máximo diâmetro do tubo. 
 Acessórios da coluna de perfuração: substitutos (de içamento, de broca, e 
de cruzamento), estabilizadores (garantem maior rigidez à coluna e 
auxiliam a manter o calibre – diâmetro – do poço), escareadores 
(=estabilizadores, para rochas duras), alargadores (permitem o aumento de 
diâmetro em trechos específicos), amortecedores de vibração vertical da 
coluna de perfuração induzidas pela broca. 
 Ferramentas de manuseio da coluna: chaves flutuantes (mantidas suspensas 
na plataforma e responsáveis por fornecer o torque necessário ao aperto e 
desaperto das uniões cônicas da coluna), cunhas (mantêm a coluna de 
perfuração totalmente suspensa na mesa rotativa durante as conexões de 
tubos de perfuração e comandos) e colar de segurança (evita a queda da 
coluna no poço em caso de deslizamento pelas cunhas). 
 Dimensionamento da coluna de perfuração: seleção dos comandos (seu tipo 
e comprimento afetam a seleção dos tubos de perfuração. São usados dois 
critérios: de linha neutra de flambagem – o peso sobre a broca deve ser 
menor que o empuxo dos comandos – (mais utilizado) e de linha neutra de 
tração). Linha neutra de flambagem < Linha neutra de tração) e seleção dos 
tubos de perfuração (resistência ao colapso => tubos da porção inferior. 
Resistência a tração => tubos da porção superior) 
 
Brocas 
 Sem partes móveis: baixa probabilidade de falhas. Os principais tipos são de 
lâminas de aço –primeira broca a ser usada, perfura por cisalhamento. Vida 
útil da estrutura cortante é muito curta, praticamente inutilizada hoje em dia–
, diamantes naturais –perfura por esmerilhamento, usada para 
testemunhagem– e diamantes artificiais –perfura por cisalhamento, 
utilizada para formações moles com altas taxas de penetração– 
 Com partes móveis: estrutura cortante (de dentes de aço ou de insertos. 
Sua ação envolve a combinação de raspagem –rochas moles-, lascamento, 
esmagamento –rochas duras- e erosão por impacto dos jatos de lama) e 
rolamentos (rolamentos não-selados: lubrificação através do fluido de 
perfuração. Rolamentos selados: sistema de lubrificação que não permite o 
contato do fluido de perfuração com os rolamentos. Rolamentos tipo 
journal: roletes substituídos por mancais de fricção revestidos com metais 
nobres, e possuem lubrificação interna; baixo índice de falha) 
 
Fluidos de perfuração 
 Propriedades dos fluidos de perfuração: densidade (pressão de poro – pressão 
atuante no fluido presente noespaço poroso da rocha -< limite da variação de 
densidade < pressão de fratura – pressão em que a rocha se rompe -. Adiciona-
se ao fluido para aumentar a densidade: baritina (4,25). Para diminuir: água (1,0) 
ou óleo diesel (0,82)), parâmetros reológicos, forças géis (inicial – resistência 
inicial para colocar o fluido em fluxo. Final – resistência do fluido para reiniciar 
o fluxo depois de ter ficado em repouso. Grau de tixotropia – característica de 
fluidos que adquirem estado semi-rígido quando em repouso e fluidez enquanto 
em movimento - = diferença entre essas forças), parâmetros de filtração 
(influxo da fase líquida do fluido do poço para a formação. Há a criação do 
reboco - uma camada de partícula sólidas úmidas sobre as rochas permeáveis 
fundamental para o sucesso da perfuração e da completação do poço. Filtrado: 
fase líquida do fluido de perfuração, que deve invadir os poros das rochas), teor 
de sólidos (deve ser o menor possível para evitar problemas tais como desgaste 
de equipamentos de circulação, fratura das formações, prisão das colunas e 
redução na taxa de penetração. Tratamentos preventivo e corretivo para reduzir o 
teor de sólidos), pH (deve estar no intervalo 7-10, para reduzir a taxa de 
corrosão dos equipamentos e evitar a dispersão das formações argilosas), 
alcalinidades (parcial do filtrado, da lama e total do filtrado. Necessário porque 
o teste de pH só mede H+, aqui se mede carbonatos e bicarbonatos), salinidade, 
teor de sólidos ativos. 
 Classificação dos fluidos de perfuração: fluidos à base de água (não inibidos, 
inibidos, baixo teor de sólidos, emulsionados com óleo), fluidos à base de óleo 
(alto custo inicial e grau de poluição) e fluidos à base de gás. 
Uma das principais funções do fluido de perfuração é exercer pressão hidrostática 
sobre as formações a serem perfuradas pela broca. 
 
Operações normais de perfuração 
 Alargamento e repassamento: repassar o poço no trecho descalibrado. Baixo 
peso e baixa rotação na broca. 
 Conexão, manobra e circulação: Conexão é realizada quando o topo do kelly 
atinge a mesa rotativa, sendo necessário acrescentar um novo tubo de perfuração 
à coluna, elevando a coluna de perfuração apenas até que a primeira conexão 
apareça. Manobra é a retirada e descida de toda a coluna de perfuração. 
Circulação é apenas manter a broca pouco acima do fundo do poço enquanto 
ocorre a circulação do fluido de perfuração para remover os cascalhos do espaço 
anular. 
 Revestimento de um poço de petróleo: O poço é perfurado em fases (3-8). Cada 
fase é concluída com a descida de uma coluna de revestimento e sua cimentação. 
É um dos maiores custos da perfuração de um poço (15%-20% em mar, 50% em 
terra). Devem possuir a menor espessura possível, apresentar facilidade de 
conexão, ser resistente à corrosão e à abrasão, prevenir o desmoronamento das 
paredes do poço. Classificação das colunas de revestimento: Condutor – 10m-
50m. Revestimento de Superfície – 100m-600m. Revestimento Intermediário 
(Liner de Perfuração) – 1km-4km. Revestimento de Produção (Liner de 
Produção): Descido com a finalidade de permitir a produção do poço, 
suportando suas paredes e possibilitando o isolamento entre os vários intervalos 
produtores. Dimensionamento: considera a resistência mínima que os tubos 
devem apresentar para suportar as solicitações de tração, pressão interna e 
colapso. 
Liner: coluna curta de revestimento descida e cimentada no poço visando cobrir 
apenas sua parte inferior. Econômico, versátil e rápido de operar. Pode substituir o 
liner de perfuração e o liner de produção. 
 Cimentação de poços de petróleo: Tipos de cimentação: cimentação primária – 
realizada após a descida de cada coluna de revestimento. Cimentação secundária 
– corretiva da cimentação primária. Utilizada a cimentação para tampões quando 
ocorre o abandono do poço. Cimento Portland: Cal (60%-67%), Sílica (17%-
25%), Alumina (3%-8%), Óxido de Ferro (0,5%-6%). CSAF. Classes A, B, C, 
D, E, F, G e H, (substituem os cimentos A-E. Até 8000 pés. Mais utilizados na 
indústria) J (12000-16000 pés). 
 Perfilagem: medição das propriedades das formações fundamentais para a 
caracterização e avaliação econômica. 
 Movimentação da sonda: terminado o poço, é necessário mudar a sonsa para a 
nova locação. Em terra, ocorre a DTM (Desmontagem, Transporte e 
Montagem). Em Mar, ocorre a DMM (Desmobilização, Movimentação e 
Mobilização) e consiste na preparação da UPM (Unidade de Perfuração 
Marítima) para sua movimentação por rebocadores ou propulsão própria até que 
se chegue na nova locação. 
 
Otimização da perfuração 
 Programa de revesimento: escolhido em função das pressões de poro e de fratura 
da formação. Há um aumento na pressão de poros com a profundidade, há um 
aumento na densidade do fluido de perfuração. Mas a pressão de fratura das 
formações mais acima limita a máxima densidade que o fluido de perfuração 
pode atingir. Por isso é que são descidas colunas de revestimento (isolar as 
formações superiores quando o limite está próximo de ser atingido). O fluido 
que está no poço deve fornecer pressão hidrostática maior que a pressão de 
poros para evitar o kick. 
 Programa de fluido de perfuração: escolhido de acordo com as formações para 
evitar problemas de inchamento das argilas, desmoronamentos, alargamentos 
excessivos etc. Densidade, teor de sólidos, filtrado e viscosidade são os que 
mais influenciam na taxa de penetração => custo. 
 Programa de brocas: determinado utilizando os dados de poços de correlação, 
dados dos fabricantes e perfis geológicos. O custo métrico é acompanhado em 
intervalos de tempo predeterminados => momento certo para trocar a broca 
(quando começa a aumentar). 
 Parâmetros mecânicos: peso sobre a broca e sua rotação. 
Drill Off Test: usado para estimar a perfurabilidade das formações. 
 Parâmetros hidráulicos: máxima velocidade nos jatos, máxima potência nos 
jatos, máxima força de impacto e máxima força de impacto efetiva são as 
teorias desenvolvidas para se encontrar o ponto ótimo desses parâmetros. 
 
Operações especiais de perfuração 
 Controle de kicks: formações de pressões normais e anormais (normal – 
pressão de poro equivalente à pressão hidrostática exercida por uma coluna de 
água doce ou salgada que se estenda desde a formação até a superfície: 0,1-
0,107 kgf/cm²/m. Fora desses limites, a pressão é anormal. Movimentos 
tectônicos, rapidez da taxa de deposição, intercomunicação de zonas de pressões 
diferentes etc podem criar formações de pressão anormal. O conhecimento das 
pressões implica diretamente na taxa de penetração). Causas de kick (peso de 
lama insuficiente, abastecimento incorreto do poço durante a manobra. Ao se 
retirar a coluna de perfuração do poço, o volume do aço retirado deve ser 
substituído pelo mesmo volume de lama, mantendo a mesma pressão 
hidrostática no fundo do poço) 
Kick: influxo controlável dos fluidos das formações para dentro do poço. Quando 
incontrolável, diz-se que o poço está em Blowout. 
Pistoneio: pressões negativas criadas quando se retira a coluna de perfuração, 
diminuindo a preção hidrostática efetiva abaixo da broca. 
Lama cortada por gás: gás liberado dos poros nos cascalhos diminuem a 
densidade do fluido de perfuração => menor pressão hidrostática exercida pela 
lama. 
Cimentação inadequada 
Indícios de kick (aumento nos volumes dos tanques de lama, aumento da vazão 
de retorno, poço em fluxo com bombas desligadas, poço aceitando menos lama 
que o volume de aço retirado, poço aceitando menos lama que o volume de aço 
descido no seu interior). Controle do poço em kick (circulação do fluido 
invasor para fora do poçoe elevação do peso da lama para conter a pressão de 
formação, evitando novo kick) 
 Pescaria: todas as operações relativas à recuperação ou liberação do “peixe 
(qualquer objeto estranho que esteja impedindo a continuação do processo de 
perfuração) ”. Usa-se magneto, subcesta e cesta de circulação reversa nesse 
processo para pequenos objetos. Caso ocorra quebra, queda ou prisão da coluna 
usa-se carga explosiva para a recuperação. Para os cabos, usa-se um arpão 
posicionado que roda com a coluna de perfuração. 
 Testemunhagem: obtenção de amostra real de rocha de subsuperfície. Obtém=-
se informações de geologia, engenharia de reservatórios, completação e 
perfuração, tais como litologia, textura, porosidade, permeabilidade. São três as 
formas - com barrilete convencional (descida de uma broca vazada e dois 
barriletes, de forma que o testemunho seja encaminhado pelo barrilete interno), 
a cabo (= com barrilete convencional sem a necessidade de realizar a manobra) 
e lateral (cilindros ocos presos a um canhão são arremessados contra a parede 
da rocha) 
 
Perfuração direcional 
 Controle da verticalidade em poços verticais: Se ultrapassarem 5º de inclinação 
fora da vertical, ações corretivas devem ser implementadas. 
Poços tortuosos: aqueles que se desviam bastante da vertical. Suas causas são: 
variação das características das formações, mudança brusca no peso sobre a 
broca, diâmetro do poço grande para os comandos usados, perfuração com coluna 
não estabilizada, desbalanceamento dos parâmetros de perfuração (peso sobre a 
broca e rotação). 
 Perfuração de poços direcionais: técnica de, intencionalmente, desviar a 
trajetória de um poço da vertical para atingir objetivos que não estão diretamente 
abaixo da sua locação de superfície. Os principais elementos desse tipo de poço 
são a profundidade do ponto de desvio (kick-off point – KOP) e o 
afastamento horizontal. 
 
Perfuração marítma 
 
CANSEI NA PÁGINA 107 PORQUE DEUS NÃO TÁ SENDO AMIGO HOJE