Aula 5 - Perfurações

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Fundamentos de 
Engenharia do Petróleo 
EEI-761
Perfuração de Poços
Engenharia do 
Petróleo - POLI/UFRJ
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Colunas de Perfuração
 Principais Componentes
 Comandos (Drill Collars – DC);
 Tubos Pesados (Heavy-Weight Drill Pipes –
HWDP);
 Tubos de Perfuração (Drill Pipes – DP).
 Transferem a rotação e o peso à broca, 
necessários para a fragmentação da rocha.
 Injetam o fluido de perfuração, responsável 
pela lubrificação do processo e remoção do 
cascalho, através dos jatos da broca.
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Colunas de Perfuração
(Comandos)
 São elementos tubulares 
fabricados em aço forjado e 
usinados, com grande peso 
linear e espessura de 
parede.
 Fornecem peso à broca e 
provém rigidez à coluna, 
facilitando o controle da 
trajetória.
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Colunas de Perfuração
(Tubos Pesados)
 São elementos tubulares fabricados em 
aço forjado e usinados.
 A principal função é promover a 
transição de rigidez entre os comandos 
e os tubos de perfuração, reduzindo a 
possibilidade de fadiga.
 Possuem paredes mais espessas e 
uniões mais resistentes.
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Colunas de Perfuração
(Tubos de Perfuração)
Grau 0 (psi) 0 (MPa)
E 75000 a 105000 517 a 724
X95 95000 a 125000 655 a 862
G105 105000 a 135000 724 a 931
S135 135000 a 165000 931 a 1138
 Tubos de aço sem solda 
com tratamento interno 
para corrosão.
 Possuem conexões 
cônicas denominadas 
tool joints.
Fêmea Macho
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Colunas de Perfuração
(Manuseio Automático)
 Iron Roughneck
 Permite reduzir o 
tempo de conexão;
 Aumenta a vida útil 
das conexões;
 Otimiza a 
configuração do 
convés de 
perfuração;
 Aumenta a 
segurança das 
manobras.
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Colunas de Perfuração
(Top Drive)
 Motor conectado no topo da 
coluna que elimina o Kelly e 
a mesa rotativa.
 Permite perfurar o poço de 
três em três tubos ao invés 
de um em um.
 Permite a retirada ou descida 
da coluna tanto com rotação 
ou circulação de fluido.
 É importante em poços de 
alta inclinação ou 
horizontais.
 Reduz os custos de aluguel 
da sonda por aumentar a 
velocidade da operação.
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Colunas de Perfuração
(Motor de Fundo)
 Utilizados para poços direcionais e horizontais.
 Aumentam a eficiência de perfuração.
 A força motriz é dada pelo fluido de perfuração.
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Brocas
 Sem Partes Móveis
 A inexistência de partes móveis e rolamentos 
reduz a possibilidade de falha.
 Tipos:
• Integral de lâminas de aço;
• Diamantes naturais;
• Diamantes artificiais (PDC).
As primeiras utilizadas. 
Desgastavam-se facilmente.
Empregadas para rochas muito
duras. Extremamente caras.
Também para rochas duras.
Mais baratas que a anteriore e projetadas
para o tipo de rocha a ser perfurada.
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Brocas
 Com Partes Móveis
 Possuem dois 
elementos 
principais:
• Estrutura cortante;
• Rolamentos.
 Podem ter de um a 
quatro cones.
 As tricônicas são as 
mais utilizadas pela 
sua eficiência e 
baixo custo.
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Broca Tricônica de Dentes 
de Aço
 A estrutura 
cortante é fresada 
no próprio aço.
 Sofre maior 
desgaste que a 
broca com 
insertos.
 Pode perfurar 
formações moles a 
médias.
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Broca Tricônica de Insertos 
de Tungstênio
 Os insertos de carbureto de 
tungstênio são instalados por 
processo de interferência em 
orifícios do cone.
 O formato dos dentes varia com o 
tipo de formação a ser perfurada.
 Pode perfurar formações médias 
a duras:
 Rochas moles – efeito de 
raspagem;
 Rochas duras – efeito de 
esmagamento.
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Comparação das Brocas
Draga Diamante 
Natural
Diamante 
Sintético
Tricônica 
Dentes de 
Aço
Tricônica 
Insertos
Partes 
Móveis
Não Não Não Sim Sim
Tipo de 
Corte
Cisalha Esmerilha Cisalha Arranca Esmaga
Formação Mole Média a 
Dura
Mole a 
Dura
Mole a 
Média
Média a 
Dura
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Funções Básicas do Fluido 
de Perfuração
 Limpar o fundo do poço e trazer os 
cascalhos até a superfície.
 Exercer pressão hidrostática sobre a 
formação, evitando influxos indesejáveis 
e estabilizando a parede do poço.
 Resfriar e lubrificar a coluna de 
perfuração e a broca.
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Características Desejáveis 
do Fluido de Perfuração
1. Ser estável quimicamente.
2. Estabilizar mecanicamente e quimicamente a 
parede do poço.
3. Facilitar a separação dos cascalhos.
4. Manter os sólidos em suspensão quando em 
repouso.
5. Ser inerte em relação a danos à formação.
6. Aceitar qualquer tratamento físico e químico.
7. Ser bombeável.
8. Não ser corrosivo para os equipamentos.
9. Facilitar a interpretação geológica do cascalho.
10. Apresentar custo compatível com a operação.
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Tipos de Fluidos de 
Perfuração
 Mistura complexa de sólidos, 
líquidos, produtos químicos e até 
gases.
 Classificados segundo a fase 
contínua ou dispersante:
 Fluidos à base de água;
 Fluidos à base de óleo;
 Fluidos à base de ar ou gás,
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Operações Básicas da 
Perfuração
 Conexão (Top Drive)
 Coloca-se a cunha para sustentar a 
coluna.
 Desconecta-se o Top Drive para 
conexão no novo tubo de perfuração.
 Eleva-se o conjunto Top Drive-tubo de 
perfuração para conexão na coluna
 Retira-se a cunha.
 Manobra
 Retirada e descida de toda a coluna de 
perfuração para a retirada da broca.
 Procedimento:
• Eleva-se a coluna e coloca-se a cunha 
para sustentá-la;
• Desconecta-se uma seção normalmente 
composta por três tubos;
• A descida é a operaçãoinversa.
Cunha sustentando a coluna.
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Operações Básicas da 
Perfuração
 Circulação
 Mantém-se a broca um pouco acima do fundo do poço 
para circular o fluido de perfuração e remover o cascalho 
do anular.
 É normalmente realizada antes da manobra, perfilagem
ou descida de revestimento.
 Alargando
 Re-perfurar o poço com uma broca de maior diâmetro.
 Pode ser feito simultaneamente com a perfuração 
utilizando um alargador.
 Repassando
 Quando um poço se estreita é necessário repassar o poço 
no trecho descalibrado.
 Utiliza-se baixo peso e baixa rotação da broca para evitar 
desgaste.
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Tempos Operacionais 
Médios (%)
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22
5
3
3
5
3
7
4
Perfurando
Manobrando
Circulando
Repassando
Aguardando
DMM
BOP
Perfilagem ou Teste
Problemas
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo
 Cada fase de um poço 
é concluída após a 
descida do 
revestimento e sua 
cimentação.
 O numero de fases e o 
comprimento dos 
revestimentos depende 
da pressão nos poros e 
de fratura da 
formação.
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo (Funções)
 Prevenir desmoronamentos das paredes.
 Evitar a contaminação de lençóis freáticos próximos à 
superfície.
 Permitir o retorno do fluido de perfuração à superfície.
 Prover meios de controle das pressões no fluido (aumento 
de pressão).
 Permitir a utilização de fluido de perfuração mais 
compatível com a formação.
 Impedir a migração de fluidos da formação.
 Sustentar os equipamentos de segurança de superfície.
 Sustentar outra coluna de revestimento.
 Alojar os equipamentos de elevação artificial.
 Confinar a produção ao interior do poço.
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo (Classificação)
 Revestimento Condutor
 Primeiro revestimento 
assentado em pequenas 
profundidades.
 Pode ser assentado por 
jateamento ou cimentação 
em poço perfurado.
 Sustenta sedimentos 
superficiais não 
consolidados.
 Comprimentos entre 10 e 
50 m.
 Diâmetros típicos: 30, 20, 
13 3/8 pol.
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo (Classificação)
 Revestimento de Superfície
 Serve como base de apoio 
dos equipamentos de 
segurança e produção.
 É cimentado em toda sua 
extensão devido ao peso dos 
revestimento que nele se 
apoiam.
 Previne desmoronamento de 
formações não consolidadas e 
protege os lençóis de água.
 Comprimentos entre 100 e 
600 m.
 Diâmetros típicos: 20, 18 
5/8, 16, 13 3/8, 10 3/4 e 9 
5/8 pol.
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo (Classificação)
 Revestimento Intermediário
 Serve para isolar e/ou proteger 
as formações acima da zona 
produtora.
 É cimentado somente na parte 
inferior.
 Comprimentos entre 1000 a 
4000 m.
 Diâmetros típicos: 13 3/8, 9 
5/8, 7 pol.
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo (Classificação)
 Revestimento de Produção
 Viabiliza a produção.
 Suporta a parede do poço 
e isola as diversas zonas 
produtores.
 É cimentado somente na 
parte inferior.
 Diâmetros típicos: 9 5/8, 
7, 5 ½ pol.
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Revestimentos de um Poço 
de Petróleo (Classificação)
 Liner de Produção
 Coluna curta que visa cobrir 
apenas a parte inferior do 
poço.
 Seu topo fica ancorado um 
pouco acima do revestimento 
anterior.
 Pode substituir os 
revestimentos intermediários 
e de produção.
 É cimentado em todo o seu 
comprimento.
 Diâmetros típicos: 13 3/8, 9 
5/8, 7 e 5 1/2 pol.
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A Cabeça do Poço no Mar
(Componentes)
 Base Guia Permanente (BGP)
 Base de entrada no poço para 
as operações de perfuração.
 Utiliza uma base guia com funil 
para facilitar o direcionamento 
das ferramentas para o interior 
do poço.
 Alojador de Alta Pressão 
(Wellhead Housing)
 Consiste no topo do 
revestimento de superfície.
 Faz interface com o BOP na 
perfuração.
 Ancora os revestimentos 
intermediários e de produção.
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Cimentação
 Destinada a fixar a 
tubulação e evitar que haja 
migração de fluidos entre as 
zonas perfuradas, por trás 
do revestimento.
 É realizada mediante 
bombeio de pasta de 
cimento e água deslocada 
através da própria 
tubulação do revestimento.
 Após o endurecimento, o 
cimento deverá ficar 
fortemente aderido à 
superfície externa do 
revestimento e interna do 
poço
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Cimentação
 Cimentação Primária
 Cimentação principal realizada após a descida de um 
revestimento.
 A qualidade da cimentação é avaliada a partir de 
perfis acústicos.
 Cimentação Secundária
 Destina-se à corrigir a cimentação primária quando:
• O cimento não atingir a altura necessária;
• Houver falhas de cimentação;
• Houver vazamentos no revestimento.
 Tampões de cimento para abandono de poço, desvio 
ou isolamento de regiões.
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Cimentação (Acessórios)
 Sapata
 É colocada na 
extremidade da coluna 
de revestimento e serve 
para guiar sua entrada 
no poço.
 Pode conter uma válvula 
que impede o retorno da 
pasta de cimento (sapata 
flutuante).
a) Sapata Guia. b) Sapata Flutuante.
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Cimentação (Acessórios)
 Colar
 É posicionado 2 a 3 
tubos acima da sapata e 
serve para reter os 
tampões de cimentação.
 O colar flutuante possui 
um mecanismo de 
vedação para a pasta 
não retornar.
a) Colar Retentor. b) Colar Flutuante.
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Cimentação (Acessórios)
 Tampões
 São feitos de borracha e utilizados para 
evitar a contaminação da pasta de 
cimento.
 Tampão de fundo:
• Tem uma membrana de borracha central que 
se rompe ao encontrar com o colar, permitido 
a passagem do cimento;
• Limpa o interior do revestimento. Tampão de Topo:
• É rígido e lançado após a pasta para separar o 
fluido de perfuração que a desloca;
• É retido pelo colar, causando um aumento de 
pressão e o fim da operação.
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Cimentação em Um estágio
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Controle de verticalidade
 A mudança brusca na trajetória do 
poço pode causar os seguintes 
problemas:
 Desgaste por fadiga dos tubos de 
perfuração;
 Formação de sulcos na parede do poço que 
podem reter os comandos na retirada da 
coluna (prisão da coluna);
 Dificuldade na descida da coluna de 
revestimento.
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Controle de Verticalidade
Coluna
Estabilizada 
com 
Estabilizadores 
Adequados
Coluna
Não
Estabilizada 
com 
Estabilizadores 
Inadequados
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Poços Direcionais
 A perfuração 
direcional visa 
desviar a 
trajetória do poço 
para atingir 
objetivos que não 
se encontram 
diretamente 
abaixo da sonda.
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Poços Direcionais -
Finalidade
 Controlar um blowout
via poço de alívio.
 Atingir zonas 
produtoras abaixo de 
locações inacessíveis.
 Desviar a trajetória de 
acidentes geológicos.
 Perfurar vários poços num 
mesmo ponto.
 Desviar poços com trecho 
final perdido.
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Tipos de Poços Direcionais
 Tipo I – o ponto de 
desvio é raso e o trecho 
inclinado prossegue até 
atingir o objetivo.
 Tipo II - o ponto de 
desvio é raso e o trecho 
inclinado prossegue até 
se conseguir o 
afastamento lateral 
desejado.
 Tipo III – Semelhante 
ao Tipo I com o 
objetivo atingido na 
fase de crescimento de 
inclinação.
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Tipos de Poços Direcionais
Horizontais –
aumentam a área 
de drenagem.
Multilaterais –
ramificados a partir 
de uma locação.
De Longo Alcance – o 
objetivo está bastante 
afastado da solda 
(mais de 10 km).