Tolerância ao Kick

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Universidade Federal Fluminense 
 
 
 
 
 
 
 
Tolerância ao Kick 
Descrição e Aplicação de um Novo Critério para 
Projeto de Assentamento de Revestimento 
 
 
 
 
 
 
 
Marina de Oliveira Mieli 
 
 
 
 
 
 
 
 
Niterói 
2016 
Título do artigo: Descrição e Aplicação de um Novo Critério para Projeto 
de Assentamento de Revestimento 
 
O artigo sugere um novo método para aplicação da margem de tolerância ao 
kick. 
Primeiramente é preciso definir este conceito. 
Tolerância ao kick é definida como o máximo volume de influxo que o poço 
pode receber e circular, sem fraturar o ponto mais frágil da formação. O ponto 
mais frágil da formação é normalmente logo abaixo da sapata do último 
revestimento, portanto, consideremos que a profundidade da sapata é o ponto 
mais frágil da formação. 
Tolerância ao kick também pode ser definida como a máxima pressão de poros 
na próxima profundidade desejada ou o máximo peso de lama que pode ser 
utilizado sem que a formação seja fraturada. É importante estimar se a pressão 
no poço pode exceder a pressão de fratura, pois esta condição poderá causar 
perda de circulação e/ou um underground blowout. 
O artigo define tolerância ao kick como a máxima pressão de poros, com um 
determinado volume de influxo, a uma profundidade específica e um peso de 
fluido, que, se não excedida, permite que poço seja fechado e circulado de 
forma segura, isto é, sem exceder a pressão de fratura. A tolerância ao kick é 
expressa em peso equivalente de fluido. 
Outras definições são utilizadas, como margem de segurança de kick, sendo a 
diferença entre o peso equivalente de circulação estimado e o máximo peso 
equivalente de circulação atuando em um determinado ponto quando o poço é 
fechado ou durante a circulação do kick. E margem de pressão de poros, a 
diferença entre a tolerância ao kick e a pressão de poros estimada da formação 
produtora, expressa em peso equivalente de fluido. 
 
Figura 1 – Tolerância ao kick como uma função do volume ganho 
A figura 1 mostra um gráfico de tolerância ao kick em função do volume ganho. 
Pode-se observar que, quanto mais próximo do fundo e, consequentemente, 
mais longe da sapata está o influxo, menor é o volume de influxo que pode 
entrar no poço. Assim como, quanto maior é o volume ganho, menor é a 
tolerância ao kick, isto é, menor é a máxima pressão de poros permissível. A 
localização do influxo deve ser analisada, pois se o mesmo estiver entre no 
poço aberto e o drill collar terá uma altura maior, exercendo maior influência na 
pressão hidrostática e, consequentemente, maior influência na pressão de 
superfície e na sapata. Quando o influxo está entre o topo do drill collar e a 
sapata, o gráfico apresenta uma queda, pois neste momento um mesmo 
volume de influxo ocupa uma área maior, tendo uma altura menor e menor 
influência nas pressões. Quando o gás passa da sapata o comportamento do 
gráfico é constante, pois qualquer mudança na altura do gás será refletida na 
hidrostática, e qualquer mudança na hidrostática será compensada à mesma 
proporção na pressão de superfície, não influenciando a pressão na sapata. 
Tolerância ao kick pode ser afetada por diferentes variáveis, tais como, 
tamanho do kick, pressão na sapata, pressão da formação, peso de fluido, 
densidade do influxo e temperatura. 
Se o poço não pode circular um kick de forma segura, atendendo ao conceito 
de tolerância ao kick, a descida de um novo revestimento deve ser 
considerada. 
Por fatores econômicos, a sapata deve ser assentada à maior profundidade 
possível, portanto, a seleção das profundidades dos revestimentos é de 
fundamental importância. A profundidade do revestimento é definida, 
normalmente, através da análise da pressão de poros e de fratura. A pressão 
hidrostática do fluido deve ser maior do que a pressão de poros, mas não pode 
exceder a pressão de fratura. 
O artigo sugere um novo método, que considera um cenário mais realista, 
diminuindo custos e mantendo a segurança das operações. Este método foi 
efetivamente aplicado em seis diferentes poços de águas profundas e cinco 
poços HPHT. O trabalho utiliza como exemplo poços perfurados pela 
PETROBRAS com diferentes limitações. 
Alguns aspectos, principalmente relacionados a poços de águas profundas, 
inviabilizam ou restringem alguns projetos, como baixo gradiente de fratura e 
alta fricção na choke line (CLF). Utilizando-se o método convencional para 
determinar as profundidades de cada revestimento, as chances de se alcançar 
a zona de interesse são reduzidas, principalmente devido ao diâmetro do poço, 
pois, um número maior de revestimentos seria necessário, fazendo com que o 
poço tenha diâmetros cada vez menores. 
Para que a tolerância ao kick seja determinada de forma simplificada, algumas 
considerações iniciais são feitas: (1) o influxo de gás é uma única bolha, (2) o 
momento do fechamento do poço é o momento mais crítico do controle. 
Apesar de haver expansão do gás à medida que é circulado até a sapata, 
geralmente esta expansão não exerce tanta influência quanto o tamanho do 
kick no fechamento inicial, quando o mesmo está entre o drill collar e o poço 
aberto. A tabela 1 exemplifica este cenário. 
Tabela 1 – Comparação entre a condição de fechamento e o gás na sapata 
 
Observe que a altura do influxo no momento do fechamento (quando o mesmo 
está entre o drill collar e o poço aberto) é superior à sua altura no momento em 
que chega à sapata. Por mais que o gás se expanda, como se pode ver no 
exemplo, o gás ocupa, agora, mais de 4 vezes seu volume inicial, porém a 
capacidade do espaço anular entre o drill pipe e o poço aberto é muito superior, 
fazendo com que a maior altura do kick no fechamento inicial seja compensada 
por essa expansão. 
A tolerância ao kick era muito utilizada para se determinar o máximo aumento 
no peso do fluido. Então, a margem de tolerância ao kick, K, era definida pela 
diferença entre a tolerância ao kick e o peso do fluido. 
K = ρtolerância ao kick - ρfluido 
À medida que o peso do fluido aumenta, a margem de tolerância ao kick 
diminui. Esta diminuição era considerada um indicador para o assentamento de 
um novo revestimento. 
Por exemplo, quando a margem de tolerância ao kick estivesse próxima de 0,5 
lbm/gal, um novo revestimento deveria ser assentado. 
Este critério considera apenas o peso do fluido, que tem como base a pressão 
de poros da formação. Outros fatores, porém, também influenciam no cálculo 
para o peso do fluido, tais como: (1) margem de segurança de riser, (2) 
problemas com a estabilidade do poço e (3) qualquer outra margem de 
segurança. 
Considerar apenas o valor de K, não levando em conta outros fatores 
mencionados, pode fazer com que um revestimento seja assentado muito 
cedo, ou seja, em profundidades mais rasas do que as realmente necessárias. 
Chegou-se à conclusão de que a melhor alternativa para evitar este tipo de 
problema, baseando-se na diferença entre a pressão de poros e a tolerância ao 
kick estimada. 
Δρtolerância ao kick = ρtolerância ao kick - ρporos 
Onde, Δρtolerância ao kick representa a margem de segurança entre a pressão 
máxima permissível no reservatório, baseada nas cargas no poço aberto e na 
pressão de poros esperada. 
A figura 3 mostra o critério de margem de tolerância ao kick, K, sendo aplicado 
em dois diferentes cenários, uma sonda ancorada e uma sonda de 
posicionamento dinâmico (DP). Na primeira alternativa, a sonda ancorada, uma 
margem de segurança de riser não é aplicada, portanto, a única margem de 
segurança utilizada para o peso de lama foi um overbalance de 0,3 lbm/gal. 
Como o critério K prevê uma margem de 0,5 lbm/gal, de acordo com a figura, 
um novo revestimento deveria ser assentado a 2450 m (figura 3b). Utilizando-
se o cenário da sonda DP, a continuidade da operação seria inviável, devido à 
margem de segurança do riser, que faria com queo peso do fluido fosse 
superior ao mínimo utilizado para a margem K (figura 3c). 
 
 
Figura 3 – Aplicação de K e Δρtolerância ao kick em um cenário de água 
profunda 
 O exemplo comprova que o critério K pode inviabilizar algumas operações, 
mesmo quando estas são seguras, pelo fato de se basear apenas no peso do 
fluido. Pois o peso do fluido, muitas vezes, não está diretamente relacionado à 
pressão de poros apenas. Se o peso do fluido for muito superior à pressão de 
poros por diferentes motivos, K pode apresentar valores negativos e indicar 
falsas condições inseguras de perfuração. 
 Por outro lado, o critério de Δρtolerância ao kick mostra que, perfurando-se o 
mesmo poço com uma sonda ancorada, o revestimento deveria ser descido a 
4400m, e não a 2450m (figura 3b). E em uma sonda DP, a operação poderia 
prosseguir, com um novo revestimento assentado apenas a 4500m (figura 3 c). 
Esta diferença se dá, mais uma vez, porque Δρtolerância ao kick é calculada 
baseando-se na relação entre a margem de tolerância ao kick e a pressão de 
poros. 
A forma com que o gás entra no poço, isto é, se ele está disperso ou se é uma 
bolha contínua, também influencia no cálculo de tolerância ao kick. A figura 4 
faz uma comparação entre dois modelos, um modelo simplificado, em que o 
gás encontra-se concentrado em uma única bolha e o modelo com duas fases, 
que se mostra menos conservador em termos de tolerância ao kick. A 
tolerância ao kick no primeiro exemplo é de 11,9 lbm/gal, quando no exemplo 
de duas fases, é de 12,3 lbm/gal. Esta grande diferença se dá devido à 
dispersão do fluido invasor no poço que influencia significativamente seu tempo 
de chegada à superfície. 
 
Figura 4 – Comparação da distribuição do gás 
A condição de entrada do gás no poço dependerá do índice de produtividade 
do reservatório. Em outras palavras, quanto menor é o índice de produtividade 
do reservatório, o gás se acomodará de forma mais dispersa no anular. Como 
conseqüência desta maior dispersão, menores serão os volumes de influxo, o 
gás, então, chegará à sapata causando uma menor mudança na pressão 
hidrostática e maiores valores de tolerância ao kick. 
Vale ressaltar, porém, que este modelo de duas fases é possível somente em 
simulações com computadores, pois requer técnicas e cálculos extremamente 
complexos, além de outras informações como: (1) procedimentos de controle 
de poços, (2) propriedades do reservatório e (3) taxas de penetração. Todas 
essas informações simuladas auxiliam na predição da taxa de produção do 
reservatório. Portanto, em alguns cenários em que os volumes de influxo são 
muito baixos, a tolerância ao kick é calculada da forma mais simplificada, 
utilizando-se o modelo de uma fase, por apresentar resultados muito 
semelhantes em comparação ao modelo de duas fases. 
 
EXEMPLOS APLICADOS 
No final de 1993 o poço PAS-25 foi perfurado na costa norte do Brasil. Além 
das dificuldades de logística e apesar de todo o planejamento, houve muitas 
divergências entre os dados reais e esperados e, como conseqüência, o 
projeto do poço não saiu exatamente como planejado. A figura 5 mostra o 
desenho do planejamento do poço. 
 
Figura 5 – Planejamento do poço PAS-25 
Na profundidade de 3200 m, houve a necessidade de se aumentar o peso do 
fluido de 10,5 para 10,9 lbm/gal devido a problemas de estabilidade do poço. 
Com isso, houve questionamentos em relação à segurança da continuidade 
das operações, pois a tolerância ao kick calculada para um volume máximo de 
50 bbl de influxo dava uma margem K de -0,02 lbm/gal. Este valor justifica a 
necessidade de se assentar um novo revestimento. Entretanto, havia uma 
unidade de mud logging que indicava que a pressão de poros era de 10,2 
lbm/gal, o que dava uma Δρtolerância ao kick de 0,68 lbm/gal, utilizando-se o critério 
de margem de tolerância ao kick, garantindo a segurança da continuidade das 
operações de perfuração. 
Uma outra comparação feita foi a tolerância ao kick no modelo de uma fase ou 
de duas fases. A figura 7 apresenta a tolerância ao kick do poço com 3514 m 
de profundidade, 10,9 lbm/gal de peso de fluido, 10,6 lbm/gal de pressão de 
poros e Δρtolerância ao kick de 0,3 lbm/gal. Observe que para volume ganho 
superior a 20 bbl as curvas começam a apresentar comportamentos diferentes 
para um modelo de uma fase e de duas fases. Enquanto o modelo de uma fase 
indica que as operações deveriam ser interrompidas para a descida de um 
novo revestimento, o outro modelo indica que é seguro continuar a perfurar, em 
outras palavras, o modelo de duas fases indica uma economia de quase 
450000,00 dólares e tempo de operação. 
O outro poço analisado foi o CES-111, com uma lâmina d’água de 1772 m. A 
figura 6 mostra o desenho do planejamento do poço. Apesar de ser um poço 
relativamente raso, apresentou alguns desafios, tais como: (1) a influência da 
temperatura na fricção da choke line (CLF), (2) a análise de tolerância ao kick 
considerando a CLF, (3) modelo de uma fase e modelo de duas fases para 
cálculo de tolerância ao kick e (4) a viabilidade de se perfurar a fase de 12 ¼” 
entre 2140 e 2300 m com margem de segurança de riser. 
 
Figura 6 – Planejamento do poço CES-111 
A figura 7 apresenta a comparação do efeito da CLF em duas diferentes 
temperaturas, 60ºC e 4ºC nos dois modelos, modelo de uma fase e modelo de 
duas fases. 
 
Figura 7 – Efeito da temperatura, propriedades do fluido e CLF na 
tolerância ao kick 
No exemplo com maior temperatura, a CLF é menor, 158 psi, apresentando 
maiores resultados para a tolerância ao kick se comparados ao exemplo com 
maior CLF, 315 psi. Isso ocorre devido à pressão de fechamento através do 
revestimento (SICP – Shut-In Casing Pressure) de 225 psi. Quando a CLF é 
superior à pressão de fechamento, a CLF não pode ser drenada por completo, 
fazendo com que a pressão no fundo do poço e na sapata aumentem, 
reduzindo a tolerância ao kick. 
O peso equivalente de pressão de poros esperado neste poço era de 8,8 a 9,0 
lbm/gal, portanto, a tolerância ao kick não era uma preocupação para este 
projeto. Entretanto, é importante analisar a significativa influência da 
temperatura na CLF e, consequentemente, na tolerância ao kick. 
A possibilidade de se aplicar a margem de segurança de riser também foi 
analisada, levando-se em consideração a pressão de poros esperada (8.8 
lbm/gal) e o peso de fluido incluindo a margem de riser (9,78 lbm/gal). O peso 
equivalente de fratura na sapata naquele ponto era de 10,1 lbm/gal. Tomando 
como exemplo a CLF de 158 psi, de peso equivalente na sapata de 0,43 
lbm/gal, o peso equivalente total na sapata seria de 10,21 lbm/gal. Neste 
cenário, portanto, apenas a circulação do poço através da choke line excederia 
a pressão de fratura. O que indica que a margem de segurança de riser não 
pode ser aplicada nestas condições. 
A diferença de tolerância ao kick também é observada entre os modelos de 
uma fase e de duas fases. Por exemplo, no modelo de uma fase, o influxo 
alcançaria a sapata no momento do fechamento se tivesse um volume de 52 
bbl, enquanto no modelo de duas fases este volume inicial seria de 15 bbl, 
além disso, o influxo chegaria no riser se o poço fosse fechado com um volume 
inicial de mais de 54 bbl. 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO 
A partir dos poços analisados, pode-se concluir que: (1) determinar as curvas 
de pressão de poros e gradiente de fratura é crítico para o planejamento e 
execução da operação; (2) procedimentos específicos de perfuração e de 
controle de poços devem ser definidos baseados na criticidade do poço; e (3) 
rigorosos treinamentos devem ser aplicados à equipe. 
O cálculo de tolerância ao kick vai muito além de um modelo simplificado 
considerando uma única bolha de influxo e peso de fluido atual. A análise mais 
complexa e mais detalhada de cada poço pode gerar uma significativa 
mudança no projeto e diminuição degastos e tempo de operação com o 
assentamento de revestimentos cada vez mais profundos. 
A diferença entre o modelo de uma fase e o modelo de duas fases também 
pode ser crítica para determinar a viabilidade do poço. O uso de simulações de 
kick complexas para se determinar todo o programa do revestimento nem 
sempre é possível, pois demanda muito tempo. Por vezes, devem ser utilizado 
como alternativas para o projeto, tornando-o possível, ou simplesmente mais 
econômico ou seguro. 
 
 
 
Referência Bibliográfica: 
LAGE, A. C. V. M., NAKAGAWA, E. Y., ROCHA, L. A. S. Description and 
Application of New Criteria for Casing Setting Design. OTC 8464, Offshore 
Technology Conference, Houston, 1997.