Aula 8 Equipamentos de perfuracao de pocos

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EQUIPAMENTOS DE 
PERFURAÇÃO DE 
POÇOS 
1 
Prof. Patricia Braga 
Disciplina: Engenharia de Petróleo e Gás 
Figura 1. Armadilha estrutural. 
Objetivo da Perfuração 
 O objetivo das operações de perfuração é permitir o 
acesso a camadas de petróleo. 
2 
 é o conjunto de atividades destinadas a 
projetar, programar e realizar a abertura de 
poços. 
 só ocorre quando há um estudo prévio do 
campo a ser perfurado. 
Perfuração 
3 
Histórico 
1859 – Método Percussivo 
 1º poço: Cel. Edwin Drake, Pensilvânia 
 Possuía 21 m de profundidade 
 Produzia 2 m3/dia 
 Substituía o querosene de carvão e o 
óleo de baleia. 
Figura 2. Primeiro poço de petróleo. 
4 
Histórico 
Figura 3. Poço de Lucas em 19/01/1901. 
1900 – Método Rotativo 
 Marco na perfuração: Anthony Lucas, 
Texas 
 Achou petróleo a uma profundidade 
de 370 m 
 Produziu 16.000 m3/dia, equivalente a 
100.000 barris 
5 
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 Somente após uma análise de campo 
verificando os possíveis acidentes naturais ou 
não naturais é que se pode perfurar um poço. 
 Existem 2 métodos de perfuração: 
 Método percussivo 
 Método rotativo 
Mateus Coelho
Realce
Mateus Coelho
Nota
Acidente Natural seria como um relevo diferente. Empecilho natural. 
7 
 a rocha é golpeada com uma broca 
causando a sua fragmentação por 
esmagamento. 
 os cascalhos gerados são retirados 
através de uma alça que possui na sua 
extremidade uma caçamba. 
 esse método é limitado, atingindo 
profundidades máximas entre 200 e 250 
metros. 
Método Percussivo 
Figura 4. Equipamento 
percussivo. 
8 
 a rocha é comprimida pelo movimento de rotação de 
uma broca, causando esmerilhamento. 
 os fragmentos são retirados pelo fluido de 
perfuração, que é injetado pelo interior de tubos de aço 
até o fundo do poço, retornando à superfície pelo 
espaço anular entre o poço e as paredes externas da 
tubulação. 
Fonte: Souza, P.J.B. e Lima, V.L. Monografia de Graduação, Salvador, 2002. 
Método Rotativo 
9 
Fonte: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/perfuracoes.PDF 
acessado em fevereiro de 2011. 
Figura 5. Esquema representativo do 
método rotativo de perfuração de poços. 
10 
Figura 6. Esquema sonda rotativa. 
11 
 O desenvolvimento da perfuração de poços pode 
ser dividida em 7 sistemas: 
1. Sustentação de Cargas 
2. Movimentação de Cargas 
3. Rotação 
4. Circulação de Fluidos 
5. Monitoração 
6. Segurança de Poço 
7. Geração de Energia 
12 
 função: suportar e transferir todas as cargas a serem içadas 
durante a perfuração. 
 A coluna de perfuração é composta pela junção de vários 
tubos (mais de 100 kg cada). 
 componentes: 
 mastro ou torre da sonda 
 subestrutura 
 fundações ou base 
Sistema de Sustentação de Cargas 
13 
Torre ou Mastro da Sonda 
 sustenta as colunas de perfuração e de revestimento. 
 estrutura de aço especial, de forma piramidal, de modo a 
promover o espaçamento vertical livre acima da plataforma 
de trabalho para permitir a execução das manobras. 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Sistema de Sustentação de Cargas 
14 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Figura 7. Torre ou mastro da sonda. 
Sistema de Sustentação de Cargas 
(a) (b) (c) 
15 
Subestrutura 
 é responsável por apoiar o mastro e receber suas cargas. 
 espaço de trabalho no qual são instalados os equipamentos 
de segurança, formado por vigas de aço especial. 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Sistema de Sustentação de Cargas 
Sistema de Sustentação de Cargas 
Fundações ou base 
 estruturas rígidas construídas de concreto, aço ou madeira 
que, apoiadas sobre solo resistente, suportam com segurança 
as deflexões, vibrações e deslocamentos provocados pela 
sonda. 
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Estaleiro 
 espaço reservado para armazenar os tubos a serem 
utilizados ou substituídos durante a perfuração do poço. 
 é uma estrutura metálica constituída de diversas vigas 
apoiadas acima do solo por pilaretes. 
 o estaleiro fica posicionado na frente da sonda. 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Sistema de Sustentação de Cargas 
Sistema de Sustentação de Cargas 
Figura 8. Estaleiro. 
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19 
 função: movimentar todas as cargas (tubos de 
perfuração e acessórios). 
 componentes: 
 bloco de coroamento 
 gancho 
 cabo de perfuração 
Fonte: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/perfuracoes.PDF 
acessado em fevereiro de 2011. 
 catarina 
 guincho 
 elevador 
Sistema de Movimentação de Cargas 
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Bloco de Coroamento 
 conjunto de polias apoiadas na torre 
ou mastro de sonda por onde passa o 
cabo de perfuração. 
 suporta todas as cargas que lhe são 
transmitidas pelo cabo ou tubo de 
perfuração. 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Figura 9. Bloco de coroamento. 
Sistema de Movimentação de Cargas 
21 
Catarina 
 responsável por sustentar diretamente os tubos a serem 
descidos no poço e permitir a movimentação para cima e 
para baixo do mastro. 
 conjunto de 3 a 6 polias móveis montadas em um eixo 
que se apoia nas paredes externas da própria estrutura da 
catarina. 
Sistema de Movimentação de Cargas 
22 
Figura 10. Catarina. 
Sistema de Movimentação de Cargas 
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Gancho 
 na parte inferior da catarina 
encontra-se uma alça pela qual é 
preso o gancho. 
 o gancho é um corpo cilíndrico que 
internamente contém um sistema de 
amortecimento para evitar que os 
golpes causados na movimentação 
das cargas se propaguem para a 
catarina. 
Sistema de Movimentação de Cargas 
Gancho 
Figura 11. Gancho. 
Sistema de Movimentação de Cargas 
Guincho 
 é o elemento que movimenta o cabo, sendo por isso 
responsável pela movimentação vertical das tubulações no 
poço. 
 é responsável por enrolar ou desenrolar o cabo de 
perfuração. 
 apresenta um sistema de freios que permite controlar a 
velocidade com que se faz este enrolamento. 
24 
Sistema de Movimentação de Cargas 
Figura 12. Guincho. 
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Cabo de Perfuração 
 cabo de aço trançado em torno de um 
núcleo ou alma, sendo que cada trança é 
formada por diversos fios de pequeno 
diâmetro de aço especial. 
 é preso ao guincho em uma 
extremidade e preso a um carretel 
contendo o cabo novo em outra. É 
passado no sistema bloco-catarina e 
enrolado e fixado no tambor do guincho. 
Sistema de Movimentação de Cargas 
Figura 13. Sistema bloco-catarina. 
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27 
Sistema de Movimentação de Cargas 
Elevador 
 é um equipamento com a forma de anel bipartido em 
que as duas partes estão ligadas por dobradiça resistente, 
contendo um trinco especial para o seu fechamento. 
 é utilizado para movimentar elementos tubulares – tubos 
de perfuração e comandos. 
28 
 função: fornecer movimento de rotação a broca. 
 Sondas convencionais: a coluna de perfuração é girada pela 
mesa rotativa localizada na plataforma da sonda. A rotação é 
transmitida a um tubo de parede externa poligonal, o kelly, que fica 
enroscado no topo da coluna de perfuração. 
 Sondas com top drive: a rotação é transmitida diretamente ao 
topo da coluna de perfuração por um motor acoplado à catarina. 
 Sonda com motor de fundo: o motor é colocado logo acima da 
broca. 
Sistema de Rotação 
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Mesa Rotativa 
 é o equipamento que transmiterotação à coluna de perfuração. 
 permite o livre deslizamento do 
kelly no seu interior. 
 em certas operações, deve 
suportar o peso da coluna de 
perfuração. 
Figura 14. Sistema de rotação por 
mesa rotativa. 
Sistema de Rotação 
(a) 
(b) 
Sistema de Rotação 
Kelly 
 é o elemento que transmite a 
rotação proveniente da mesa rotativa à 
coluna de perfuração. 
 em sondas de terra a mais comum é 
a quadrada, e em sondas marítimas é 
a hexagonal, devido a sua maior 
resistência à torção, tração e flexão. 
Figura 15. (a) Mesa rotativa com o kelly; (b) kelly de seção quadrada e hexagonal. 
30 
31 
TOP DRIVE 
 é um motor capaz de gerar a rotação, 
ficando posicionado abaixo do swivel. 
 como o motor fica posicionado no topo 
da coluna de perfuração (top drive), 
elimina o uso da mesa rotativa e do kelly. 
 permite a perfuração de três em três 
tubos. 
Sistema de Rotação 
Figura 16. Sistema de 
rotação por top drive. 
32 
Motor de Fundo 
 motor colocado acima da broca, 
fornecendo rotação pela passagem de 
fluido de perfuração pelo seu interior. 
 Como a coluna de perfuração não 
gira, o torque empregado a ela é nulo e 
o seu desgaste fica bastante reduzido. 
Figura 17. Sistema de rotação girando 
somente a broca com o motor de fundo. 
Sistema de Rotação 
broca 
Motor de fundo 
33 
Swivel 
 elemento que liga as partes girantes 
às fixas, permitindo livre rotação da 
coluna. 
 em sua lateral, possui um tudo que 
permite a injeção de fluido no interior da 
coluna de perfuração. 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Figura 18. Swivel. 
Sistema de Rotação 
34 
 função: circular e tratar o fluido (lama) de perfuração. 
 componentes: 
 tanque de lama 
 bombas de lama 
 tubo de bengala 
 swivel 
subsistema de tratamento 
Fonte: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/perfuracoes.PDF 
acessado em fevereiro de 2011. 
Sistema de Circulação de Fluidos 
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 O fluido de perfuração é bombeado 
através da coluna de perfuração até 
a broca, retornando pelo espaço 
anular até a superfície trazendo 
consigo os cascalhos cortados pela 
broca. 
 Na superfície, o fluido permanece 
dentro de tanques para receber o 
tratamento adequado. 
Sistema de Circulação de Fluidos 
Coluna de 
perfuração 
Parede do poço 
Broca de 
perfuração 
Figura 19. Esquema de 
injeção de fluido. 
36 
 Tanque de Lama: armazena o fluido de perfuração que será 
injetado pela coluna de perfuração. 
 Bomba de Lama: bombeia o fluido de perfuração. 
 Tubo de Bengala: tubo que leva o fluido de perfuração até a 
torre da sonda. 
 Subsistema de tratamento: é responsável por tratar os 
fluidos que retornam do poço misturados com o cascalho. 
Sistema de Circulação de Fluidos 
37 Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
Figura 20. Sistema de 
circulação do fluido de 
perfuração. 
38 Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
separar os sólidos grosseiros 
retirar areia do fluido 
descartar partículas de dimensões 
menores 
dessiltador + peneira 
descartar partículas ainda menores 
Figura 21. Subsistema de 
tratamento do fluido de perfuração. 
39 
 função: controlar e gerenciar as atividades de perfuração. 
 componentes: 
 manômetros (pressão de bombeio) 
 indicadores de peso (gancho e sobre a broca) 
 torquímetro (torque na coluna de perfuração) 
 tacômetro (velocidade da mesa rotativa e da bomba de lama) 
 registrador (taxa de penetração da broca) 
Fonte: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/perfuracoes.PDF 
acessado em fevereiro de 2011. 
Sistema de Monitoração 
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 função: proteger a superfície de eventuais erupções durante a 
perfuração de poços. 
 componentes: 
 cabeça do poço: permite a ancoragem e vedação das 
colunas de revestimento na superfície. 
 BOP (BLOWOUT PREVENTER): impedir que os 
fluidos cheguem a superfície de maneira descontrolada. 
Fonte: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/perfuracoes.PDF 
acessado em fevereiro de 2011. 
Sistema de Segurança do Poço 
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 função: fornecer e transmitir energia elétrica para os equipamentos 
de perfuração. 
 fornecimento: 
 motores diesel: movimentam geradores que permitirão o 
funcionamento de bombas de lama, motores da mesa 
rotativa, guincho, iluminação e outros. 
 turbinas a gás: comuns na perfuração em alto mar. 
 rede pública 
Fonte: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/perfuracoes.PDF 
acessado em fevereiro de 2011. 
Sistema de Geração de Energia 
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 função: receber rotação para transmitir a broca. 
 componentes: 
 comandos 
 tubos pesados 
 tubos de perfuração 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
Coluna de Perfuração 
43 
Comandos 
 fornecem peso sobre a broca e provêem rigidez a coluna, 
permitindo melhor controle sobre a trajetória do poço. Pode ser liso ou 
espiralado. 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
Figura 22. Comando do tipo espiralado. 
Coluna de Perfuração 
44 
Tubo Pesado 
 promove uma transição de rigidez entre os comandos e os tubos de 
perfuração, diminuindo a possibilidade de falha por fadiga. 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
Figura 22. Tudo pesado da coluna de perfuração. 
Coluna de Perfuração 
45 
Tubo de Perfuração 
 tubos de aço tratados internamente com resina para diminuir o 
desgaste interno e corrosão. 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
Figura 23. Tudo de perfuração. 
Coluna de Perfuração 
46 
 substitutos: servem para movimentar os comandos, conectar a 
broca e permitir a conexão de tubos de diferentes roscas e diâmetros. 
 estabilizadores: fornecem maior rigidez a coluna de perfuração. 
 escareadores: também fornecem maior rigidez a coluna, porém são 
utilizados em rochas duras e abrasivas. 
 alargadores: aumentam o diâmetro de um trecho do poço já aberto. 
 amortecedores de vibração: absorvem as vibrações verticais da 
coluna de perfuração. 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
Acessórios da Coluna de Perfuração 
47 Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
(a) (b) 
Figura 24. Acessórios da coluna: (a) substitutos e (b) estabilizadores. 
48 
 função: promover ruptura e desagregação das rochas ou 
formações. 
 classificação: 
 sem partes móveis: 
 integral de lâminas de aço 
 diamantes naturais 
 diamantes artificiais 
 com partes móveis: 
 tricônicas 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
Brocas 
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Brocas sem partes móveis 
Fonte: Thomas, J.E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo, ed. Interciência, RJ, 2001. 
características 
 perfura por cisalhamento 
 tempo de vida curto 
 pouco utilizada atualmente 
Figura 25. Broca integral de lâmina de aço. 
50 
Brocas sem partes móveis 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
características 
 perfura por esmerilhamento 
 utilizada para perfurar rochas 
duras 
Figura 26. Broca de diamantes naturais.51 
Brocas sem partes móveis 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
características 
 conhecidas como PDC 
 perfura por cisalhamento 
 utilizada para perfurar rochas moles 
Figura 27. Broca de diamantes sintéticos. 
52 
Brocas com partes móveis 
Fonte: Mansano, R.B, UFSC, Florianópolis, 2004. 
(a) (b) 
Figura 28. Brocas tricônicas: (a) dentes de aço e (b) insertos de tungstênio.