18.03.02 Aula 1

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Perfuração de Poços
Prof. Anthony Andrey R. Diniz
anthony_andrey@yahoo.com
Mar/2018
Fontes: Livros, web pages e apostilas citados no decorrer do material e ao final.
Universidade Federal de São Paulo
Campus Baixada Santista
Instituto de Saúde e Sociedade
Departamento de Ciências do Mar
Coordenação de Engenharia de Petróleo
Programação
• Cronograma:
• Plano de curso;
Mês Dia
Março
01/03/18
08/03/18
15/03/18
22/03/18
29/03/18
Abril
05/04/18
12/04/18
19/04/18
26/04/18
Maio 03/05/18 Prova 1
Feriado
• Período de exames: 06/07/18 a 15/07/18.
Mês Dia
Maio
10/05/18
17/05/18
24/05/18
31/05/18
Junho
07/06/18
14/06/18
21/06/18
28/06/18
Julho 05/07/18 Prova 2
Feriado
Feriado
• Mini-curso de perfuração de poços: Bruno William – Irei negociar;
Prof. Anthony Andrey R. Diniz
anthony_andrey@yahoo.com
Mar/2018
Fontes: Livros, web pages e apostilas citados no decorrer do material e ao final.
Universidade Federal de São Paulo
Campus Baixada Santista
Instituto de Saúde e Sociedade
Departamento de Ciências do Mar
Coordenação de Engenharia de Petróleo
Nivelamento:
Cadeia Produtiva do Petróleo
Objetivo...
 Identificar as etapas que compõem a cadeia produtiva do petróleo,
mostrando desde a etapa de exploração (busca das jazidas), até a etapa
do refino (disponibiliza os derivados do petróleo a serem distribuídos ou
utilizados como matéria-prima para a indústria petroquímica).
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Rochas
Tratamento
da
Água
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
Exploração...
• Pesquisa e exploração – é o conjunto de atividades ou operações de avaliação de
áreas, com o objetivo de descobrir e identificar jazidas de óleo e gás.
• O Brasil possui 29 bacias sedimentares principais, mas 70% delas não registram, até
o momento, descobertas de óleo ou gás em quantidades comerciais.
• Essa primeira etapa destina-se a verificar a existência de bacias sedimentares que
possuam rochas reservatório ricas na acumulação hidrocarbonetos.
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
• Para que esses reservatórios de hidrocarbonetos sejam encontrados (em fase líquida,
gasosa ou bifásica), são utilizados vários métodos de investigação, todos baseados na
geologia e na geofísica.
Exploração...
• Bacias sedimentares brasileiras:
Fonte: http://www.kopsia.com.br/index_PT_files/img6.gif
Exploração...
 Oito regiões suprem a produção doméstica do Brasil em petróleo:
Fonte: http://profwelgeo.blogspot.com.br/2013/04/recursos-minerais-do-brasil-metalicos.html
Exploração...
• A geologia de superfície analisa as características das rochas na superfície e ajuda a
prever seu comportamento a grandes profundidades. Já os métodos geofísicos
procuram, por intermédio de sofisticados instrumentos, fazer uma radiografia do subsolo.
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
http://www.geopix.com.br/gallery/teste-7/
http://tecnologopg.blogspot.com.br/2009/08/petroleo-prospeccao-2-metodos.html
 Aerofotogrametria:  Fotogeologia:
Exploração...
• Métodos potenciais:
Fonte: http://www.anp.gov.br/brnd/round5/round5/Apres_SemTec/R5_Santos.pdf
 Gravimetria:  Magnetometria:
Exploração...
• Os geólogos e geofísicos analisam um grande volume de informações, reunindo um
razoável conhecimento sobre a espessura, profundidade e comportamento das
camadas de rochas existentes em uma bacia sedimentar.
 A perfuração desses poços é fundamental para complementar o conhecimento do
reservatório, pois, mesmo com o atual desenvolvimento tecnológico, não é possível
determinar com absoluta certeza a presença de hidrocarbonetos no subsolo apenas
a partir da análise de dados de superfície.
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
 Os métodos científicos podem, no máximo, sugerir que certa área é propícia ou não
à existência de depósitos de hidrocarbonetos. Essa existência somente será
confirmada pela perfuração de poços exploratórios.
 Com base nesse conhecimento, são escolhidos os locais mais propícios para a
perfuração de poços exploratórios.
 São esses os motivos que levam as empresas a considerar essa etapa como de alto
risco.
Exploração...
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
Lei no 9.478, de 06/08/1997
• A etapa seguinte à comprovação da existência da jazida é chamada de avaliação e tem
o objetivo de determinar se o poço contém hidrocarbonetos em quantidades
comerciais que viabilizem a sua produção.
• A etapa que completa a exploração é o mapeamento do reservatório, utilizando as
informações obtidas com o testemunho dos poços. São perfurados os poços de
extensão (delimitação) para se estimar as dimensões da jazida e a quantidade de
hidrocarbonetos nela existente.
• São realizados testes de formação para recuperação do fluido contido em intervalos
selecionados de rochas-reservatórios. Se os resultados colhidos forem promissores,
executam-se os testes de produção, utilizados para se estimar a vazão de produção
diária potencial do poço.
• As informações de mapeamento são, então, utilizadas no desenvolvimento do plano de
produção do reservatório, com definição da vazão diária a ser produzida, do número e
arranjo dos poços de produção a serem perfurados, em complemento aos poços de
delimitação.
Exploração...
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
Método sísmico de reflexão em terra e no mar
• Consiste na geração de uma perturbação mecânica em um ponto na superfície e o
registro das reflexões em canais de recepção ao longo de uma linha reta.
Exploração...
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0102-261X2010000300012
Sessão sísmica
Exploração...
Fonte: http://pt.slideshare.net/Victorslideshare/completacao-de-pocos-submarinos-visao-geral-e-cenario-pre-sal-da-bacia-de-santos?from_action=save
Dados sísmicos processados
Exploração...
Exploração...
Exploração...
 Sísmica 2D:
Fonte: http://exploracionsismica.blogspot.com.br/ – 2012
 Sísmica 3D:
 Sísmica 4D?
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
Perfuração de poços
• Perfuração dos poços:
• A perfuração dos poços é realizada por sondas de perfuração, constituídas de uma
estrutura metálica (a torre) e de equipamentos rotativos especiais.
Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo – 2001
http://www.reporterbrasil.com.br/imprimir.php?escravo=1&id=11
• As sondas são compostas basicamente por sete sistemas:
 Sustentação de cargas;
 Geração e transmissão de energia;
 Movimentação de carga;
 Rotação;
 Circulação;
 Segurança do poço;
 Monitoração.
Perfuração de poços
• Sonda de perfuração:
Fonte: Notas de aula de Wilson da Mata, PPGCEP, UFRN - 2009
Perfuração de poços
• Brocas:
Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABG_IAG/apostila-brocas - 2009
http://www.china-ogpe.com/search_product_popular_Drill%20Bit_2.html – 2015
http://www.spe.org/jpt/article/4488-technology-applications-15/ - 2015
http://pt.slideshare.net/dissonpontes/ingls-tcnico-equipamentos-de-uma-sonda-de-perfurao-48512008http://portalpetrogas.blogspot.com.br/2014_11_01_archive.html
Perfuração de poços
• Perfuração do poço:
Fonte: Notas de aula de Wilson da Mata, PPGCEP, UFRN - 2009
Perfuração de poços
• Perfuração do poço:
Fonte: Notas de aula de Vanessa Santanna, EngPet, UFRN - 2011
• Fluido de perfuração – o sucesso da perfuração de um poço depende fortemente da
composição do fluido e dos cuidados para a manutenção de suas propriedades durante a
perfuração.
• São funções do fluido:
 Limpar, resfriar e lubrificar a broca e a coluna de perfuração;
 Controlar as pressões das camadas a serem perfuradas, de
modo a impedir o influxo dos fluidos nelas existentes;
 Trazer para a superfície os cascalhos gerados durante a
perfuração;
 Evitar a decantação dos cascalhos durante as paradas na
circulação;
 Estabilizar as paredes do poço através de mecanismo físico-
químico;
 Transmitir potência hidráulica à broca;
 Minimizar ou reduzir a corrosão da coluna de perfuração e dos
equipamentos de superfície da sonda.
Perfuração de poços
• Perfuração do poço:
Fonte: Desconhecida
• Fluido de perfuração – manter a estabilidade do poço:
Ph = pressão hidrostática;
Pf = pressão da formação.
Perfuração de poços
• Blowout preventer (BOP):
Fonte: http://www.turbulencia.coppe.ufrj.br/pronex/docs2011/PauloCouto_pronex_2011_Parte2.pdf
• BOP – tem a função de impedir que os fluidos atinjam a superfície de maneira
descontrolada.
• O sistema de segurança é composto por:
 Preventor anular – permite fechamento em qualquer situação,
independente da coluna que seja usada;
 Gavetas de tubos – veda no diâmetro que foi projetada;
 Gaveta cega – usada para fechar o poço aberto e recomenda-se
que seja fechada toda vez que se retirar uma ferramenta, para
evitar nova pescaria;
 Gaveta cisalhante – fecha em poço aberto e em situação de emergência, cortando a tubulação;
Perfuração de poços
• Blowout preventer (BOP):
 Preventor anular
 Gaveta de tubo
 Gaveta cega/cisalhante
Fonte: http://inspecaoequipto.blogspot.com.br/2013_05_01_archive.html
Perfuração de poços
• Perfuração do poço:
• Testemunhagem – coleta de rochas durante a perfuração dos poços para avaliação
das formações.
Fonte: http://www.abgp.com.br/cartas/flyer_analise_testemunhos-20120706.html
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfyOkAH/operacao-testemunhagem-pocos
Perfuração de poços
• Perfuração do poço:
• Perfilagem de poços – método geofísico que envolve a introdução gradual de uma
sonda ao longo de um poço, enquanto ela mede propriedades físicas das rochas
circundantes do poço.
Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAABuAAK/aula3-perfilagem
Notas de aula de German Garabito, EngPet, UFRN – 2013
http://slideplayer.com.br/slide/1660796/
 Resistividade;
• Informações obtidas:
 Qualidade da cimentação do
revestimento;
 Permeabilidade;
 Saturação de água;
 Tipos de hidrocarbonetos;
 Litologia;
 Inclinação das formações;
 Porosidade;
 Outras informações.
Perfuração de poços
• Perfuração do poço:
• Estudos de laboratório:
Fonte: http://diariogaucho.clicrbs.com.br/rs/noticia/2011/12/laboratorio-que-vai-ajudar-na-extracao-de-petroleo-e-inaugurado-na-unisinos-3592350.html
http://geofisicabrasil.com/noticias/54-academia22/7324-chevron-e-ctc-puc-rio-inauguram-laboratorios-de-geomecanica.html
 Resistividade / condutividade;
 Permeabilidades;
 Porosidade;
 Tipos de rochas;
 Capacidade calorífica;
 Propriedades dos fluidos.
 Compressibilidade;
 Molhabilidade;
 Capilaridade.
 Saturação dos fluidos.
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
Completação de poços
• Completação de poços:
 A fase seguinte à perfuração é denominada completação e tem como objetivo
preparar os poços para início de produção.
 A operação seguinte é chamada de canhoneio, quando um equipamento especial é
descido pelo interior do revestimento para causar perfurações na parede do tubo e no
cimento, abrindo furos nas zonas portadoras de hidrocarbonetos e permitindo o
escoamento desses fluidos para o interior do poço.
 Outra tubulação, de menor diâmetro (chamada coluna de produção), é introduzida no
poço para levar os fluidos até a superfície da unidade de produção, na qual ocorrerá o
tratamento primário desses fluidos e posterior envio para processamento.
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
http://www.reporterbrasil.com.br/imprimir.php?escravo=1&id=11
 Na sequência, também ocorre a instalação da cabeça de poço, para vedação das
colunas de revestimento e onde será fixada a árvore de natal, com dispositivos de
segurança.
Completação de poços
• Completação de poços:
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
http://www.reporterbrasil.com.br/imprimir.php?escravo=1&id=11
http://www.rigzone.com/training/insight.asp?i_id=326
 Instalação da coluna de produção:
 Operação de canhoneio:
Completação de poços
• Completação de poços:
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
http://www.reporterbrasil.com.br/imprimir.php?escravo=1&id=11
 Teste de formação:
 Ferramenta para teste:
Completação de poços
• Completação de poços:
 Teste de formação:
Fonte: Schlumberger – Well Test Interpretation: 2008 Edition
Completação de poços
• Completação de poços:
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
http://www.voestalpine.com/blog/pt/energia-pt/uma-arvore-de-natal-2-000-metros-abaixo-nivel-mar/
 Árvores de Natal:
 Convencional (onshore):  Molhada (offshore):
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
Gerenciamento da produção
• Montagem do sistema
 Submarino:
Fonte: http://www.offshoreenergytoday.com/trelleborg-bags-subsea-job-in-nigeria/ – 2014
https://nggombalyuk.wordpress.com/2011/03/21/wellhead-cristmas-tree/
 Terrestre:
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Acompanhamento das variáveis do campo: pressão, vazão e produção de fluidos,
etc.
Gerenciamento da produção
• Hierarquia da produção de petróleo
Produção PrimáriaInfluxo de água
Gás em solução
Capa de gás
Drenagem gravitacional
Mecanismo combinado
Recuperação secundária Recuperação avançada
Injeção de água Injeção de gás imiscível
Injeção de gás 
miscível
Métodos 
químicos
Métodos 
térmicos
Outros métodos
- CO2;
- N2;
- Gás inerte;
- Gás rico.
- Alcalinos;
- Surfactantes;
- Polímeros;
- Outros.
- Água quente;
- Vapor;
- Combustão;
- Eletromagnét.
- Microbiológicos;
- Sismicos;
- Outros.
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
Porosidade Permeabilidade (horiz.)
 Simulação numérica de reservatórios: modelagem de reservatórios heterogêneos
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
• Formato das estruturas sedimentares: definição da forma da malha.
Fonte: http://www.sinmec.ufsc.br/site/linhas_pesquisa.php
http://www.deepsoft.com.br/Projects/ERPD.aspx
http://ppegeo-local.igc.usp.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0375-75362008000200009&lng=en&nrm=iso
http://ppegeo-local.igc.usp.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0375-75362008000200014&lng=en&nrm=iso
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Simulação numérica dereservatórios: ferramenta de planejamento
 Porosidade: 0,21;
 Permeabilidade horizontal: 550 mD;
 Permeabilidade vertical: 82,5 mD;
 Pressão inicial: 50,5 kgf/cm²;
 Tempo de projeto: 40 anos.
 Profundidade: 382m;
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Simulação numérica de reservatórios: ferramenta de planejamento
 Configuração de poços 1:  Configuração de poços 2:
 Configuração de poços 3:
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Simulação numérica de reservatórios: ferramenta de planejamento
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Simulação numérica de reservatórios – método de recuperação secundária;
 Comportamento das pressões (kgf/cm²): configuração 3
Início: 5 anos: 10 anos:
20 anos: 30 anos: 40 anos:
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Simulação numérica de reservatórios – método de recuperação secundária;
 Comportamento da saturação de óleo: configuração 3
Início: 5 anos: 10 anos:
20 anos: 30 anos: 40 anos:
Gerenciamento da produção
• Avaliação econômica de projetos
 Taxa interna de retorno = 7% a. a.
 Perfuração de poços verticais = US$ 1.000.000,00.
 Perfuração de poços horizontais = US$ 6.400.000,00.
 Algumas premissas:
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Métodos de elevação artificial:
Fonte: http://www.severovillares.com.br/petroleoegas11.htm
http://camposmarginais.blogspot.com.br/2012/03/bombeio-centrifugo-submerso.html
http://www.severovillares.com.br/petroleoegas9.htm
http://gasliftnd.com/GasLift.aspx
 Bombeio centrífugo submerso:
 Bombeio mecânico:
 Bombeio cavidades progressivas:
 Gas-lift.
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Métodos de elevação artificial:
Fonte: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092014000300002
http://petrowiki.org/images/1/15/Vol4_Page_758_Image_0001.png
 Bombeio mecânico:  Bombeio cavidades progressivas:
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Métodos de elevação artificial:
Fonte: http://energyresources.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1731029
http://petrowiki.org/images/1/15/Vol4_Page_758_Image_0001.png
 Bombeio centrífugo submerso:  Gas-lift.
Gerenciamento da produção
• Otimização do sistema de produção
 Estimulação de matriz:
Fonte: https://www.conservancy.org/our-work/policy/oil/hydraulic-fracturing-acidizing
https://www.watershedcouncil.org/hydraulic-fracturing.html – 2017
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
Processamento primário dos fluidos
Fonte: Tecnologia da Indústria do Gás Natural – 2008
• Separação primária de fluidos.
 Os fluidos produzidos de um reservatório petrolífero são normalmente misturas de
líquido e gás;
 O processamento primário dos fluidos produzidos em um campo de produção pode
ser :
 A operação unitária destinada a separar a fase líquida da fase vapor ou gasosa é a
separação gravitacional, efetuada em vasos denominados separadores.
 O nível de complexidade da planta de processamento primário vai depender dos
tipos de fluidos produzidos e da viabilidade técnico-econômica do campo de
produção.
 Bifásico – entre óleo e gás.
 Trifásico – entre água, óleo e gás.
 Quaternário – entre água, óleo, gás e areia.
Processamento primário dos fluidos
Fonte: https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRIPJEmffvsXRq0x7IMC3C6f4RGYUHgzKU9VJXL0ORBFbxZoqJm2Q – 2014
• Separação primária de fluidos.
 Separador trifásico horizontal:  Separador trifásico vertical:
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
• Refino.
 O petróleo tem pouquíssimas aplicações no seu estado bruto, servindo quase que
somente como óleo combustível.
 O refino consiste na série de beneficiamentos para se obter esses produtos de
grande interesse comercial, que podem ser divididos em 3 categorias:
 Para ter seu potencial energético devidamente aproveitado, é necessário submetê-lo
a uma série de processos para desdobrá-lo em diversos derivados.
 As operações utilizadas em uma refinaria dependem das propriedades do petróleo a
ser refinado e dos produtos desejados: “não existem duas refinarias iguais no
mundo”.
 Combustíveis – cerca de 90% dos produtos de refino no mundo;
 Produtos acabados não combustíveis (solventes, lubrificantes, graxas, etc.);
 Intermediários da indústria química (nafta, etano, propano, butano, etileno, etc.).
Fonte: Introdução à indústria do petróleo – 2006
Refino do petróleo
• Refino.
 As etapas do processo de refino, de forma simplificada, são:
Fonte: Introdução à indústria do petróleo – 2006
Petróleo
cru
Dessalinização
Separação
Conversão
Tratamento
o Pré-tratamento: remoção de sais corrosivos;
o Fracionar o petróleo: destilação atmosférica, destilação a vácuo, etc.;
o Transformar frações pesadas em produtos mais leves (alteração da estrutura
molecular): craqueamento térmico, craqueamento catalítico, etc.;
Frações precisam passar em outros processos para ficar nas especificações;
o Retirar substâncias consideradas impróprias (sulfurados, nitrogenados,
oxigenados), para colocar os produtos dentro dos padrões.
Refino do petróleo
Refino do petróleo
 Destilação atmosférica: separa-se em frações, de acordo com a faixa de ebulição
dos compostos:
Fonte: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Oitava_quimica/materia17.php
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
Refino do petróleo
 Fluxograma ilustrativo de vários processos existentes em uma refinaria:
Fonte: Introdução à indústria do petróleo – 2006
Reservatório
de
Petróleo
Exploração
Perfuração Completação
Produção
Processamento 
Primário Refino
Gás
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo lubrif.
Resíduo sólido:
Parafinas, ceras, 
asfalto, piche.
Qual o caminho que o petróleo percorre?
Tratamento
da
Água
Tratamento da Água Produzida
Fonte: Wilaci Eutrópio – PTR-0507 – Tratamento e reuso da água produzida do petróleo – 2013
 Encaminhamento da água:
 A água produzida somente poderá ser lançada, direta ou indiretamente, no mar se obedecidas as
condições padrões e exigências dispostas na Resolução CONAMA 393, de 8 de agosto de 2007.
Principais Fontes Bibliográficas
Obrigado pela atenção!!!
e-mail: anthony_andrey@yahoo.com
Universidade Federal de São Paulo
Campus Baixada Santista
Instituto de Saúde e Sociedade
Departamento de Ciências do Mar
Coordenação de Engenharia de Petróleo