Aula 06 - Engenharia de Petróleo e Gás - Fluido de Perfuração

Prévia do material em texto

17/04/2019
1
Introdução à Exploração Introdução à Exploração Introdução à Exploração Introdução à Exploração 
OffshoreOffshoreOffshoreOffshore
Felipe StortiFelipe StortiFelipe StortiFelipe StortiAULA 03
• Fluidos de Perfuração
2
Fluidos de Perfuração
17/04/2019
2
3
Fluidos de Perfuração
Definição:
Os fluidos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquidos,
produtos químicos e, por vezes, até gases. Do ponto de vista químico,
eles podem assumir aspectos de suspensão, dispersão coloidal ou
emulsão, dependendo do estado físico dos componentes.
• Devem ser especificados de forma 
a garantir uma perfuração rápida e 
segura.
4
Fluidos de Perfuração
Características Desejáveis:
• Ser estável quimicamente;
• Facilitar a separação dos cascalhos na superfície;
• Não causar danos as formações produtoras;
• Aceitar qualquer tratamento, físico e químico;
• Ser bombeável;
• Ter baixo grau de abrasão e corrosão;
• Apresentar custo compatível com a operação.
17/04/2019
3
5
Fluidos de Perfuração
• Carrear os casacalhos gerados na broca, transportá-los pelo
espaço anular e permitir sua separação na superfície;
• Manter os sólidos em suspensão durante a ausência de bombeio;
• Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar
o influxo de fluidos indesejáveis (kick);
• Estabilizar as paredes do poço;
• Lubrificar a coluna de perfuração e a broca;
• Resfriar e limpar a broca;
• Formar um reboco (filter cake) fino e de baixa permeabilidade que
sele os poros e outras aberturas nas formações penetradas;
• Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras.
Funções Básicas:
6
• Densidade;
• Parâmetros reológicos;
• Forças géis
• Parâmetros filtração
• Teor de sólidos
Propriedades físicas mais importantes e frequentemente medidas:
Fluidos de Perfuração
• São mais genéricas e são medidas em qualquer tipo de fluido
Propriedades Físicas
17/04/2019
4
7
Propriedades Químicas
• São mais específicas e são determinadas para distinguir certos
tipos de fluidos
Fluidos de Perfuração
• O pH;
• Teores de cloreto e de bentonita;
• Excesso de cal;
• Teor de cálcio e magnésio;
• Concentração de ���;
• Concentração de potássio.
Propriedades químicas determinadas com maior frequência são:
8
Fluidos de Perfuração
Tipos de Fluidos de Perfuração
• Fluido à base de água – considera principalmente a natureza da
água e os aditivos químicos empregados no preparo do fluido.
Partículas sólidas ficam suspensas em água ou em salmoura. O
óleo pode estar emulsionado em água (água como fase contínua).
• Fluido à base de óleo – quando a fase contínua ou dispersante é
constituída por uma fase óleo, geralmente composta de
hidrocarbonetos líquidos. Partículas sólidas ficam suspensas em
óleo.
• Fluido à base de gás – termo aplicado quando o ar ou o gás, como
todo ou parte, é usado como fluido circulante na perfuração
rotativa. Os cascalhos são removidos por um fluxo de alta
velocidade de ar ou gás natural.
17/04/2019
5
9
Tipos de Fluidos de Perfuração
Fluido a base de água:
Fluidos de Perfuração
Sólidos
SólidosSólidos
Sólidos
Fornecem propriedades de 
Fornecem propriedades de Fornecem propriedades de 
Fornecem propriedades de 
filtração e viscosidade 
filtração e viscosidade filtração e viscosidade 
filtração e viscosidade 
necessárias
necessáriasnecessárias
necessárias
Areia (50
Areia (50Areia (50
Areia (50-
--
-420 micra)
420 micra)420 micra)
420 micra)
Obturam grandes 
Obturam grandes Obturam grandes 
Obturam grandes 
aberturas em certas 
aberturas em certas aberturas em certas 
aberturas em certas 
formações muito porosas
formações muito porosasformações muito porosas
formações muito porosas
Silte
SilteSilte
Silte e Barita (1
e Barita (1e Barita (1
e Barita (1-
--
-50 
50 50 
50 
micra)
micra)micra)
micra)
Fornecem densidade
Fornecem densidadeFornecem densidade
Fornecem densidade
Cololides
CololidesCololides
Cololides (0,005
(0,005(0,005
(0,005-
--
-1 
1 1 
1 
mícron)
mícron)mícron)
mícron)
Propriedades de 
Propriedades de Propriedades de 
Propriedades de 
filtração e viscosidade
filtração e viscosidadefiltração e viscosidade
filtração e viscosidade
10
Fluidos de Perfuração
Pressões Decorrentes do Fluido de Perfuração
• Caso estático
• Caso dinâmico (ECD)
• A pressão fornecida pelo fluido de perfuração irá variar se
este estiver dentro da coluna de perfuração ou no anular do
poço.
• Fatores que influenciam nessa diferença:
� O Fluido que está retornando pelo anular
carrega consigo os cascalhos da perfuração;
� O fato do fluido estar estático ou em movimento.
17/04/2019
6
11
Pressões Decorrentes do Fluido de Perfuração
Caso Estático
• A pressão no fundo do poço é em função do:
� Peso específico;
� Tipo de fluido.
• Base água - Incompressível
• Base não aquosa – compressível – a massa 
específica será função da pressão e temperatura
����� = 	��� · � · �
• A pressão dentro do poço será dada por:
Pressão hidrostática do fluido de perfuração
Massa específica média do fluido de perfuração
Constante gravitacional
Profundidade vertical
12
Pressões Decorrentes do Fluido de Perfuração
Caso Dinâmico
• A pressão no fundo do poço é em função do:
• Há o acréscimo das perdas de carga
� Peso específico;
� Dimensões do espaço anular;
� Vazão de bombeio utilizada;
� Parâmetros reológicos (limite de escoamento e viscosidade);
�
� = ����� + ���
Pressão total no fundo do poço
Pressão hidrostática do fluido de perfuração
Pressão decorrente das perdas de 
carga ao longo do anular
17/04/2019
7
13
Caso Dinâmico
• A pressão no fundo do poço é em função do:
• Há o acréscimo das perdas de carga
� Peso específico;
� Dimensões do espaço anular;
� Vazão de bombeio utilizada;
� Parâmetros reológicos (limite de escoamento e viscosidade);
Pressões Decorrentes do Fluido de Perfuração
��� = 	��� +
���
� · �
Densidade Equivalente de Circulação 
cte de conversão de unidade
Pressão decorrente das perdas de 
carga ao longo do anular
14
Fluidos de Perfuração
Escolha do Peso do Fluido de Perfuração Ótimo
• Comparando-se a pressão dentro do poço com a pressão de
poros, uma perfuração pode ser classificada como:
� Sub-balanceada (underbalance) – quando o peso do fluido de
perfuração é menor que o gradiente de pressão de poros.
� Balanceada (overbalance) – quando o peso do fluido de
perfuração é maior ou igual que o gradiente de pressão de
poros.
� Levemente Balanceada (nearbalance) – quando o peso do
fluido de perfuração é usado acima, mas muito próximo, 0,1
lb/gal ou menos, do gradiente de pressão de poros.
17/04/2019
8
15
Fluidos de Perfuração
Influência do peso do fluido de perfuração em vários problemas do poço
16
Fluidos de Perfuração
Gás no Fluido de Perfuração ou Corte de Lama por Gás
• A quantidade de gás medida na superfície é expressa em
termos de Unidades de Gás Total (UGT).
• Medida em função dos seguintes fatores:
� Quantidade de hidrocarbonetos presentes na formação
perfurada;
� Características petrofísicas da rocha;
� Volume de rocha perfurado;
� Vazão de Bombeio;
� Características do fluido de perfuração;
� Características do equipamento de medição;
17/04/2019
9
17
Fluidos de Perfuração
Gás no Fluido de Perfuração ou Corte de Lama por Gás
Variação do peso de 
fluido ao longo do 
poço em função da 
expansão do gás
18
Fluidos de Perfuração
Gás no Fluido de Perfuração ou Corte de Lama por Gás
• A redução na pressão pode ser estimada pelo uso da seguinte
equação:
∆� = ��, �
	���
	����
− �, � ���
��
��, �
∆� Redução de pressão no ponto considerado [psi]
	��� Massa específica do fluido de perfuração
	���� Massa específica do fluido cortado na superfície
�� Pressão hidrostática do fluido de perfuração original 
no ponto considerado [psi]
17/04/2019
10
19
Fluidos de Perfuração
EXERCÍCIO
Estime a redução de pressão no fundo do poço para um fluido de
10,5 lb/gal que foi cortado por gás tendo seu peso na superfície
reduzidopara 6,0 lb/gal. Estime a redução para as profundidades de
4000 m e 1000 m, assumindo que a pressão de poros em ambos os
casos é de 10,3 lb/gal.
20
Fluidos de Perfuração
EXERCÍCIO
Um fluido está sendo bombeado por dentro de uma tubulação de 2,5
polegadas de diâmetro externo e 2,0 polegadas de diâmetro interno
que está dentro de outra tubulação de 3,0 polegadas de diâmetro
interno. O fluido retorna a superfície pelo anular formado pelas duas
tubulações. As tubulações estão enterradas no solo a uma
profundidade de 1000 metros. O fluido bombeado tem massa
específica de 10,0 lb/gal e a pressão na bomba localizada na
superfície, logo acima das tubulações, é de 1200 psi. Qual seria,
neste caso, o valor do gradiente de pressão no fundo do poço (ECD)
expresso em lb/gal, sabendo-se que:
a) Perda de carga interna da tubulação de 2,0 polegadas = 300 psi.
b) Perda de carga localizada na restrição colocada a 1000 m = 700 psi.