Coluna de perfuração

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Coluna de perfuração
Instrutora: Gisele Melo
Técnica em petróleo e gás
Coluna de perfuração
No processo de perfuração de um poço de petróleo faz-se necessário à existência de uma ferramenta que ponha o elemento que perfura em conexão direta com a superfície, transmitindo a este o movimento preciso para tal fim. 
Funções 
Aplicar peso sobre a broca
Transmitir a rotação para a broca
Conduzir o fluido de perfuração
Manter o poço calibrado
Garantir a inclinação e a direção do poço
Composição da coluna de perfuração
Kelly ou Haste quadrada
Drill Pipe ou Tubos de perfuração (DP)
Heavy-Weight ou Tubos pesados (HW)
Drill Colar ou Comandos (DC)
Motor de Fundo 
Broca
Acessórios diversos 
Kelly ou Haste quadrada
O kelly, é o elemento da coluna que faz a ligação entre o swivel e coluna, recebe o torque da mesa rotativa, transmitindo rotação para toda coluna, imposto pela mesa através do acoplamento (buchas).
Kelly ou Haste quadrada
 O Kelly não deve apresentar empenos. Quando trabalhamos com um Kelly desequilibrado ou empenado, ocorre vibrações no topo da coluna que são transmitidas ao swivel, ao bloco de coroamento.
 E muitas vezes ruptura por fadiga nas conexões de um ou mais dos vinte ou trinta primeiros tubos abaixo do Kelly.
Kelly ou Haste quadrada
 Na extremidade superior do Kelly a conexão é caixa com rosca á esquerda.
 A rosca na extremidade inferior é á direita.
BUCHA DO KELLY
É um conjunto motriz que transmite movimento giratório ao kelly da mesa rotativa e também permite ao kelly ser abaixado ou elevado no seu comprimento total, tanto em movimento ou parado.
Tubos de perfuração 
(Drill Pipe)
Os tubos de perfuração são tubos de aço, sem costura (ream less), com uniões cônicas soldadas em suas extremidades.
Uniões cônicas: 
 As uniões dos tubos de perfuração são conhecidas como “tool joints” e são geralmente, soldadas no tubo. São elementos mais rígidos que o corpo do tubo. 
 O tool joint inferior é pino e o superior é caixa. Visualizando o tubo na posição onde vê-se o interior, encontra-se o espelho.
Uniões cônicas
As uniões cônicas facilitam o enroscamento e promovem vedação metal/metal por meio de ombros.
As vezes adiciona-se carbureto de tungstênio, para maior vida útil em formações duras e abrasivas.
Roscas
Os tipos de roscas são tabelados pela API. As roscas se dividem em Normalizadas ou Não-Normalizadas.
API
American Petroleum Institute
Roscas Normatizadas
IF – Internal Flush (Perfil V-0,038 R);
FH – Full Hole (Perfil V-0,038/V-0,40);
REG – Regular (Perfil V-0,40/V-0,50). 
Roscas Não-Normatizadas
XH – Extra Hole (Perfil V-0,038);
ACME – HYDRIL;
H-90 – (Patente Hugler Tool Co). 
Roscas
Se a vedação não for adequada, a circulação do fluido de perfuração pode expulsar a graxa contida nos espaços por elas preenchidos, denominados de “claros”. 
Especificações
Diâmetro Nominal (OD)
Peso Nominal
Grau do Aço
Reforço (upset)
Comprimento Nominal
Desgaste
Diâmetro Nominal (OD)
É o diâmetro externo do corpo do tubo expresso em polegadas. Os valores mais utilizados ficam entre 2 3/8” e 6 5/8”.
Peso Nominal
Valor do peso do tubo liso mais TOOL JOINT.
É dado em lb/pé.
Com o peso nominal e o diâmetro nominal se determina as seguintes características:
 Diâmetro Interno (ID)
 Espessura da parede do Tubo
 Drift - Máximo Diâmetro de Passagem
Grau do Aço
Os tubos de perfuração são fabricados com aço de grau E, X95, G135 e S135, os quais são utilizados de acordo com os esforços a que serão submetidos.
GRAU
ESCOAMENTO (PSI)
MÍNIM0
ESCOAMENTO (PSI)
MÁXIMO
RUPTURA (PSI)
E
75.000
105.000
100.000
X95
95.000
125.000
110.000
G105
105.000
135.000
115.000
S135
135.000
165.000
145.000
Reforço (upset)
O reforço na extremidade do tubo tem como função criar uma área de maior resistência onde é soldada a união cônica, minimizando assim o problema de quebra por fadiga. Este reforço pode ser: 
Internal Upset
External 
Upset
Internal-
External Upset
Comprimento Nominal
Comprimento é o tamanho médio dos tubos de perfuração. 
 Range I : 18 a 22 pés Média 20 pés
 Range II : 27 a 32 pés Média 30 pés
 Range III : 38 a 45 pés Média 40 pés
Na Petrobrás a grande maioria das sondas utiliza tubos de perfuração do range II
Desgaste
O desgaste está relacionado com a espessura da parede do tubo de perfuração.
O desgaste esta diretamente relacionado com a resistência dos tubos de perfuração. 
Desgaste
Os tubos são periodicamente inspecionados e classificados conforme a norma API.
Heavy-Weight ou Tubos pesados (HW)
Os HW são elementos de peso intermediário, entre os tubos de perfuração e os comandos.
Fazer uma transição mais gradual de rigidez entre os comandos e os tubos de perfuração.
Heavy-Weight ou Tubos pesados (HW)
Eles são bastante utilizados em poços direcionais, como elemento auxiliar no fornecimento de peso sobre a broca, em substituição a alguns comandos.
HW
Aumenta a eficiência e a capacidade de sondas de pequeno porte, pela sua maior facilidade de manuseio do que os comandos;
Especificação dos HW
Diâmetro Nominal
Comprimento Nominal
Aplicação de Material Duro 
O diâmetro nominal do HW variam de 3 1/2" a 5”,normalmente é utilizado na coluna, HW com o diâmetro igual aos do tubo de perfuração. 
Os HW são fabricados no range II e III, e podem ter aplicação de carbureto de tungstênio nos Tool Joints ou no reforço intermediário. 
Não há normalização para o desgaste do HW, então a resistência dos tubos usados deve ser avaliada pelo usuário.
Drill Colar ou Comandos (DC)
A principal função dos comandos é fornecer peso sobre a broca. 
Como parte integrante da coluna os comandos devem transmitir o torque e a rotação a broca, bem como permitir a passagem de fluidos
Drill Colar ou Comandos (DC)
A conexão é usinada no próprio tubo e protegida por uma camada fosfatada na superfície, ao contrário dos tubos de perfuração as conexões são a parte mais frágil dos comandos.
São fabricados no range de 30 a32 pés, podendo em casos especiais ter de 42 a 43,5 pés.
DC
O uso do torque recomendado é mais importante nos comandos, devido a ser as conexões seu ponto frágil.
 A quebra de coluna é muito mais frequente nos comandos do que nos tubos de perfuração.
Formas
Lisos;
Espiralados;
Previnem prisão por diferencial de pressão.
BHA – CONJUNTO DE FUNDO
BHA (bottom hole assembly) significa montagem para o furo inferior. 
É a junção de equipamentos que fazem parte da composição da coluna de perfuração, localizada entre a broca e a mesa rotativa. 
O BHA quando bem dimensionado e projetado possui as seguintes funções:
Perfurar o poço com paredes lisas e diâmetro uniforme;
Melhorar o trabalho da broca;
Minimizar as vibrações decorrentes da perfuração;
Reduzir os riscos de prisão da coluna por diferencial de pressão;
Tentar eliminar futuros problemas durante a produção do poço;
Prevenir dog legs (é o resultado da variação da trajetória do poço detectada através de registros de inclinação e direção entre duas estações).
Linha neutra
Se a broca fosse conectada diretamente nos tubos e o peso sobre a broca fosse fornecido pelos tubos de perfuração, os mesmos por serem extremamente flexíveis flambariam e com o movimento de rotação resultaria na ruptura da coluna e também no desvio do poço.
Existe uma zona onde não estão sujeitos a nenhum esforço: tração e compressão.
Ao lugar geométrico formado por estes pontos, denomina-se: LINHA NEUTRA.
Então as peças parcialmente comprimidas são os comandos, passando a uma determinada distância da broca, dividindo a zona sob tração da zona de compressão.
Motor de fundo
Permitem a rotação da broca sem girar a coluna de perfuração
São acionados pela passagem de fluído de perfuração pelo seu interior
Motor de fundo
A rotação e o torque são função da vazão de fluído
São ferramentas fundamentais
para desvio de poços
Broca
São equipamentos que têm a função de promover a ruptura e desagregação das rochas ou formações.
As brocas de perfuração são classificadas em dois grupos:
Com partes móveis
Sem partes móveis
Com partes móveis
As brocas com três cones cortantes, conhecidas como brocas tricônicas. Esse tipo de broca possui três elementos principais: 
estrutura cortante; 
rolamento; 
corpo. 
Com partes móveis
Broca tricônica
de Dentes de aço
Broca tricônica
de tungstênio
Sem partes móveis
A inexistência de partes móveis e rolamentos, diminui a possibilidade de falhas.
Os principais tipos são:
Lâminas de aço
Diamantes Naturais
Diamantes Sintéticos
Lâminas de Aço
Conhecidas como “Rabo de peixe”, foram as primeiras a serem utilizadas.
Perfuram por cisalhamento.
Vida útil da estrutura cortante é muito curta.
Diamantes Naturais
Perfuram por esmerilhamento.
No início eram utilizadas somente para formações duras, hoje também em testemunhagem.
Diamantes Artificiais 
ou PDC
A broca PDC, (Polycrystaline Diamond CINTETIC – Diamante Policristalino Sintético) composto por uma camada fina de partículas de diamantes 0,5mm, fixada a outra mais espessa 3 mm de carbureto de tungstênio num processo à alta temperatura e alta pressão.