18.03.23 Aula 3

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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
Perfuração de poços
 Sistema de elevação (hoisting system):
• É um componente vital para o funcionamento da sonda, que provém o meio para movimento
vertical do tubo no poço (subir e baixar os tubos de perfuração, revestimentos e outros
equipamentos no poço).
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
Notas de aula de Wilson da Mata, PPGCEP, UFRN – 2006
• Os principais componentes desse sistema são o guincho (drawworks), o
bloco de coroamento (crown block), a catarina (traveling block), a torre
(derrick), a subestrutura (substructure) e equipamentos auxiliares:
elevadores (elevators), ganchos (hooks), etc.
 O guincho (drawworks) recebe a energia mecânica para a
movimentação das cargas, através da transmissão principal, no
caso de sonda a diesel, ou diretamente de um motor elétrico
acoplado, nas sondas elétricas.
 Em termos práticos, ele bobina o cabo no tambor para elevar os
tubos.
 Ele deve ter um sistema de freio efetivo para controlar as cargas
pesadas de tubos e um sistema de refrigeração para dissipar
uma grande quantidade de calor gerado pela fricção durante o
freio.
Perfuração de poços
 Sistema de elevação (hoisting system):
 Bloco de coroamento (crown block) – é um conjunto estacionário de 4 a 7 polias, montadas em
linha, em um eixo suportado por dois mancais de deslizamento, localizado na parte superior do
mastro ou torre, suportando todas as cargas transmitidas pelo cabo.
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
http://www.quanahpetro.com/travelingrotating-equipment.html – 2014
http://www.torlinservices.com/news/drilling-rig-accessories-drawworks/ – 2015
http://www.kosunservices.com/drilling_rig_components/drilling_rig_crown_block.html – 2015
 Catarina (traveling block) – é um conjunto de 3 a 6 polias móveis,
montadas em um eixo que se apoia nas paredes externas da
própria estrutura da catarina
• Ela fica suspensa pelo cabo, que passa alternadamente pelas
polias do bloco de coroamento e polias da catarina, formando
um sistema de 8 a 12 linhas passadas.
• Na parte inferior, possui uma alça, onde o gancho fica preso.
Esse gancho possui um sistema de amortecimento, para evitar
que os golpes causados na movimentação de cargas se
propague para a catarina.
Perfuração de poços
 Sistema de elevação (hoisting system):
 Cabo de perfuração (drilling line) – é um cabo trançado em torno de um núcleo ou alma, sendo que cada
trança é formada por diversos fios de pequeno diâmetro e aço especial.
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
• O cabo, proveniente do carretel, é passado e fixado em uma âncora,
situada próxima à torre, onde se encontra um sensor para medir a tensão
no cabo, a qual está relacionada com o peso total sustentado pelo
guincho.
• Do sensor, o cabo é passado no sistema bloco-catarina, enrolado e fixado
no tambor do guincho.
• O cabo é feito de aço carbono estirado a frio, de vários graus,
dependendo da força necessária. A norma API Spec 9A/ISO 10425
(2004) estabelece o grau das cordas e a forma de construção, sendo os
principais graus:
• O núcleo da corda pode ser de vários materiais, mas o IWRC (núcleo de
cabo independente) é bastante utilizado, porque resiste bem a
esmagamento e torção;
o Extra improved plow steel (EIPS);
o Improved plow steel (IPS);
o Plow steel (PS);
o Mild plow steel (MPS);
Perfuração de poços
 Sistema de elevação (hoisting system):
 A tabela abaixo mostra a forma nominal de ruptura para cabos de vários diâmetros, com especificações
para cabos com núcleo de fibra e IWRC e a classificação 6X19 indica um cabo com 6 fios e 19 cordões,
o EEIPS adiciona 10% na resistência do EIPS.
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
http://www.batapetro.com/productsfi.php?id=27 – 2014
Perfuração de poços
 Sistema de elevação (hoisting system):
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
• A torre e a subestrutura devem ter força suficiente para
suportar todas as cargas, incluindo a carga sustentada pelo
gancho, o conjunto de tubos na subestrutura e a carga dos
ventos;
 Estaleiro (pipe rack) – é uma estrutura metálica constituída de diversas
vigas, apoiadas acima do solo por pilaretes, que fica posicionada na frente
da sonda e permite manter todas as tubulações (comandos, tubos de
perfuração, revestimentos, etc.) dispostas paralelamente a uma passarela,
para facilitar o manuseio e transporte.
 Subestrutura (substructure) – é constituída de vigas de aço
especial, montadas sobre a fundação ou base da sonda, de
modo a criar um espaço de trabalho sob a plataforma, onde são
instalados os equipamentos de segurança do poço.
• Ela provém a altura necessária para a instalação do BOP
(blowout preventer) na cabeça do poço abaixo do piso da sonda;
Estaleiro:
Perfuração de poços
 Sistema de circulação (circulating system):
• Esse sistema fornece potência hidráulica ao fluido de perfuração, de tal forma que ele possa ser
bombeado da superfície para a coluna de perfuração, faça todo o trajeto até o fundo do poço e
retorne à superfície, através do espaço anular, carregando os cascalhos produzidos pela ação da
broca na rocha.
• O fluido circula no sistema obedecendo às seguintes etapas:
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
https://www.alibaba.com/showroom/bit-nozzle-gauge.html – 2017
http://ffden-2.phys.uaf.edu/212_spring2011.web.dir/Dan_Luo/web%20page/Drilling%20rig.html – 2011
• Os principais componentes do sistema de circulação da sonda são as
bombas de lama (mud pumps), poço de lama (mud pit), equipamento de
mistura de fluido (mud-mixing equipment) e equipamentos de remoção
de contaminantes.
 Fase de injeção – o fluido é succionado dos tanques pelas
bombas de lama e injetado na coluna de perfuração, até passar
para o anular entre o poço e a coluna, pelos jatos da broca.
Perfuração de poços
 Sistema de circulação (circulating system):
• Bombas de lama tríplex:
Fonte: Perfuração de Poço: Elementos da Sondagem Rotativa – Gustavo Arruda Ramalho Lira – 2011
https://www.nov.com/Segments/Rig_Systems/Land/Drilling_Fluid_Equipment/Mud_Pumps/Triplex_Mud_Pumps.aspx – 2017
Notas de aula de Wilson da Mata, PPGCEP, UFRN – 2006
• Princípio de operação das bombas de lama:
Perfuração de poços
 Sistema de circulação (circulating system):
• Durante a perfuração, as vazões e pressões de bombeio variam com a profundidade e a geometria do
poço. As bombas podem ser associadas em paralelo para aumentarem a vazão do sistema;
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
https://cdn.shutterstock.com/shutterstock/videos/8317951/thumb/1.jpg
• Altas pressões são necessárias para circular fluidos mais pesados, em poços mais profundos e para
otimizar a limpeza do poço, abaixo da broca.
 Fase de retorno – tem início com a saída do fluido de perfuração nos jatos da broca e termina ao chegar
na peneira vibratória, percorrendo o espaço anular entre a coluna de perfuração e a parede do poço ou
revestimento.
 Fase de tratamento – consiste na eliminação de sólidos ou gás, que se incorporam a ele, durante a
perfuração e, quando necessário, na adição de produtos químicos para ajustes de suas propriedades:
• O primeiro equipamento é a peneira vibratória, cuja funçãoé separar os sólidos mais grosseiros do fluido de
perfuração, tais como cascalhos e grãos maiores que areia.
Perfuração de poços
 Sistema de circulação (circulating system):
• Na sequência, o fluido passa por um conjunto de dois a quatro hidrociclones de 8” a 20”, conhecidos
como desareiadores, que são responsáveis por retirar a areia do fluido;
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
http://www.rainbird.com/images/products/turf/filtration/CentrifugalSandSeparator_diagram.jpg – 2017
• Saindo do desareiador, o fluido passa pelo dessiltador, um conjunto de
hidrociclones de 8 a 12 hidrociclones de 4” a 5”, com função de descartar
partículas de dimensões equivalentes ao silte;
• Na sequência, o fluido passa no mud cleanner, que é um dessiltador com
uma peneira, que permite recuperar partículas sólidas, em que parte do
material removido é descartada, mas uma parte retorna ao fluido, para
economizar com aditivos;
• Algumas sondas ainda utilizam um centrífuga, para retirar partículas
ainda menores, que não tenham sido descartadas pelos hidrociclones;
• Outro equipamento presente nas sondas é o desgaseificador
(degasser), para eliminar o gás do fluido de perfuração, caso haja
incorporação de gás ao fluido, durante a perfuração, pois a recirculação
do gás é perigosa ao sistema.
Perfuração de poços
 Sistema de circulação (circulating system):
• Sistema de tratamento de fluido:
Fonte: http://www.ekomeri.com/2016/01/21/mud-treatment-system/ – 2017
http://www.rigzone.com/training/insight.asp?insight_id=291 – 2016
https://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/drillingfluid.html
http://www.vms-eg.net/bentonite/
Perfuração de poços
 Sistema de rotação (rotary system):
• Inclui todos os equipamentos utilizados para imprimir rotação à broca.
Fonte: Fundamentals of drilling engineering – 2011
Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
Notas de aula de Wilson da Mata, PPGCEP, UFRN – 2006
• Nas sondas convencionais, a coluna de perfuração é girada pela mesa rotativa
(rotary table), localizada na plataforma da sonda, sendo a rotação transmitida a
um tubo de parede externa poligonal, o kelly, que fica enroscado no topo da
coluna de perfuração.
• Nas sondas equipadas com top drive a rotação é transmitida
diretamente ao topo da coluna de perfuração por um motor acoplado
à catarina (traveling block).
• Outra possibilidade é perfurar o poço com um motor de fundo,
colocado logo acima da broca, com o torque necessário sendo
gerado pela passagem do fluido de perfuração em seu interior.
• O sistema de rotação convencional é constituído de equipamentos que
promovem ou permitem a livre rotação da coluna de perfuração: mesa
rotativa, kelly e cabeça de circulação (swivel).
Perfuração de poços
 Sistema de rotação (rotary system):
 Mesa rotativa (rotary table) – é o equipamento que transmite a rotação à coluna de perfuração e permite
o livre deslizamento do kelly no seu interior:
Fonte: Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
http://www.sunnda.com/drilling-products/drilling-equipment/rotary-tables.php – 2016
http://mhwirth.com/our-products/drilling-make-and-break-2/rotary-tables/ – 2017
http://iodp.ldeo.columbia.edu/EDU/TAS/301/pages/week4/week4_0719.html – 2004
• Em certas operações, a mesa rotativa tem que suportar o peso da coluna de perfuração.
Perfuração de poços
 Sistema de rotação (rotary system):
 Kelly – é o elemento que transmite a rotação proveniente da mesa rotativa à coluna de perfuração,
podendo ter dois tipos de seção:
Fonte: Fundamentos de engenharia de petróleo – 2001
http://www.geocoredrill.com/Kelly-Drill-Rod-products.html
Notas de aula de Wilson da Mata, PPGCEP, UFRN – 2006
http://www.batapetro.com/productsfi.php?id=23 – 2014
• Em terra, é mais comum a seção quadrada;
• Em sondas marítimas, é mais comum a seção hexagonal, por maior resistência à tração, torção e flexão.
 Cabeça de injeção (swivel) – é o equipamento que separa os elementos rotativos dos
elementos estacionários, na sonda de perfuração, ou seja, a parte superior fica estática,
enquanto a parte inferior permite a rotação:
• O fluido é injetado no interior da coluna através da cabeça de injeção;
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