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REPÚBLICA DE ANGOLA MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO COMPLEXO ESCOLAR GIRASSOL SUBDIREÇÃO PEDAGÓGICA COORDENAÇÃO DO CURSO DE PERFURAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO FLUÍDO DE PERFURAÇÃO ESTUDO DE CASO: BLOCO 17, POÇO DAL-765 (2020-2021) Trabalho de fim do curso apresentado e defendido como requisito para obtenção do título de Técnico Médio de Perfuração e Produção de Petróleo e Gás na área de Indústrias Extrativas. Orientado por: Eng.º Messias Manuel Elaborado por: Erickson Yúr Gomes António Ruben Délcio Prata do Carmo Guinapo LUANDA, 2021 REPÚBLICA DE ANGOLA MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO COMPLEXO ESCOLAR GIRASSOL SUBDIREÇÃO PEDAGÓGICA COORDENAÇÃO DO CURSO DE PERFURAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO FLUÍDO DE PERFURAÇÃO ESTUDO DE CASO: BLOCO 17, POÇO DAL-765 (2020-2021) Trabalho de fim do curso apresentado e defendido como requisito para obtenção do título de Técnico Médio de Perfuração e Produção de Petróleo e Gás na área de Indústrias Extrativas. Orientado por: Eng.º Messias Manuel Elaborado por: Erickson Yúr Gomes António Ruben Délcio Prata do Carmo Guinapo LUANDA, 2021 TERMO DE APROVAÇÃO SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO FLUÍDO DE PERFURAÇÃO ESTUDO DE CASO: BLOCO 17, POÇO DAL-765 (2020-2021) Trabalho de fim do curso apresentado e defendido como requisito para obtenção do título de Técnico Médio de Perfuração e Produção de Petróleo e Gás na área de Indústrias Extrativas. Erickson Yúr Gomes António Ruben Délcio Prata do Carmo Guinapo APROVADOS AOS, ______/______/ 2021 BANCA EXAMINADORA O PRESIDENTE DE JÚRI _________________________ Assinatura _________________ O 1º VOGAL ____________________________________ Assinatura _________________ O 2º VOGAL ____________________________________ Assinatura _________________ i FICHA TÉCNICA SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO FLUÍDO DE PERFURAÇÃO ESTUDO DE CASO: BLOCO 17, POÇO DAL-765 (2020-2021) Erickson Yúr Gomes António Ruben Délcio Prata do Carmo Guinapo Dimensão do trabalho: 38 páginas Tipo de letra (Fonte): Times New Roman Tamanho de letra: 12 Espaçamento entre linhas: 1,5 Margens: ✓ Superior: 3 cm ✓ Esquerda: 3 cm ✓ Direita: 2 cm ✓ Inferior: 2 cm • O ORIENTADOR ______________________________ Eng.º Messias Manuel I DEDICATÓRIA Ao pai que nos amou primeiro, ao filho que nos redimiu, ao espírito santo que guia os nossos caminhos, aos nossos amados pais, irmãos e amigos, Dedicamos. II AGRADECIMENTO Primeiramente agradecemos a Deus por nos ter dado sabedoria, saúde e maturidade para concretizar o presente projeto. Em seguida, agradecemos aos nossos pais, parentes e amigos que de forma direta ou indireta nos tiveram apoiado durante essa jornada. Sem esquecer-se de agradecer ao Complexo Escolar Politécnico Girassol que em parceria dos nossos encarregados garantiram que esta jornada fosse produtiva e de qualidade, agradecemos ainda a todos os professores que sempre estiveram aqui dispostos a nos orientar, ensinar e apoiar. Em especial agradecemos aos seguintes professores: Eng.º Laurindo Tandala que além de professor tornou- se um pai e amigo para nós, Eng.º Marcolino Katandi, Eng. º Eduardo Macaia e Prof. Domingos Cassuende gostaríamos de agradecer também ao nosso orientador Eng.º Messias Manuel que executou um excelente trabalho no apoio do projeto, a todos vocês o nosso Muito Obrigado! III EPÍGRAFE “O fluido de perfuração é como o sangue: flui, transporta, cicatriza, transmite força, estabiliza as pressões internas, enfim, perpassa todas as etapas da sondagem como se fosse a extensão viva do ato de perfurar.” Eugênio Pereira - Geólogo IV RESUMO A indústria petrolífera é marcada pelas dificuldades durante todo o processo de exploração. Manter a estabilidade do poço devido as características da formação tem sido uma das maiores dificuldades durante a operação de perfuração de poços de petróleo. O sistema de circulação é responsável pelo bombeio continuo do fluido de perfuração. O mesmo deve ser compatível com as características da formação a ser perfurada para que possa exercer com eficácia as suas tarefas. Desta feita, quanto aos objectivos, a pesquisa classifica-se como do tipo exploratória, pois, sendo um tema pouco explorado, este trabalho visa proporcionar maiores informações sobre o assunto que se vai abordar. Quanto a abordagem do problema utilizou-se as pesquisas qualitativa e quantitativa, pois através de materiais bibliográficos e dados numéricos colectados pode-se analisar e interpretar os documentos referente a pesquisa. O trabalho visa estudar o funcionamento do sistema de circulação, o percurso do fluido de perfuração e as suas funções, e referente as hipóteses: A influência do reboco e da condição de overbalance à estabilidade do poço durante a operação de perfuração. Palavras-chave: Perfuração, Sistema de Circulação, Fluido de Perfuração. V ABSTRACT The oil industry is marked by difficulties throughout the exploration process. Maintaining the stability of the well due to the characteristics of the formation has been one of the greatest difficulties during the oil well drilling operation. The circulation system is responsible for the continuous pumping of the drilling fluid. It must be compatible with the characteristics of the formation to be drilled so that it can carry out its tasks effectively. This time, regarding the objectives, the research is classified as exploratory, because, being a little explored theme, this work aims to provide more information on the subject that will be approached. As for the approach to the problem, qualitative and quantitative research was used, because through bibliographic materials and collected numerical data, it is possible to analyze and interpret the documents related to the research. The work aims to study the functioning of the circulation system, the path of the drilling fluid and its functions, and regarding the hypotheses: The influence of the mud cake and the overbalance condition on the well stability during the drilling operation. Keywords: Drilling, Circulation System, Drilling Fluid. VI LISTA DE FIGURAS Figura 1. Descrição do percurso do fluido de perfuração ....................................................... 17 Figura 2. Equipamentos da fase de tratamento da lama .......................................................... 21 Figura 3. Localização do poço DAL-765. ............................................................................... 30 Figura 4. Coluna Lito-estratigráfica do Campo Dália. ............................................................ 31 Figura 5. Composição estimada para lama .............................................................................. 32 Figura 6. Ilustração da perfuração em condição de overbalance............................................. 33 Figura 7. Ilustração do processo de formação de reboco ........................................................ 34 VII LISTA DE SIGLAS E ACRÔNIMOS BPD – Barris Por Dia BOP – Blowout Preventer CABGOC – Cabinda Gulf Oil Company DTM – Desmontagem, Transporte e Montagem ESSO – Standard Oil EUA – Estados Unidos da América FPSO – Flutuante de Produção, Armazenamento e Descarga GPL – Gás Liquefeito do Petróleo LWD – Logging While Drilling PEMA – Companhia de Pesquisas Mineiras de Angola pH – Potencial Hidrogeniônico SONANGOL – Sociedade Nacionalde Combustíveis de Angola VIII SUMÁRIO DEDICATÓRIA ....................................................................................................................... I AGRADECIMENTO .............................................................................................................. II EPÍGRAFE............................................................................................................................. III RESUMO ................................................................................................................................ IV ABSTRACT ............................................................................................................................. V LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ VI LISTA DE SIGLAS E ACRÔNIMOS ................................................................................ VII INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 1 CAPÍTULO I – FUNDAMENTAÇÃO CIENTÍFICA .......................................................... 4 1.1 Definição de Conceitos Chaves ........................................................................................ 4 1.2 Visão de Outros Autores................................................................................................... 4 1.3 Breve Historial da Perfuração no Mundo ......................................................................... 5 1.3.1 Breve História Acerca do Surgimento da Perfuração em Angola ................................. 6 1.4 Métodos de Perfuração ..................................................................................................... 7 1.4.1 Método Percussivo ........................................................................................................ 7 1.4.2 Método Rotativo ............................................................................................................ 8 1.5 Fluidos de Perfuração de Petróleo .................................................................................... 9 1.5.1 Definição, Características e Importância do Fluido de Perfuração ............................... 9 1.5.2 Propriedades Físicas e Químicas dos Fluídos.............................................................. 10 1.5.2.1 Densidade ................................................................................................................. 10 1.5.2.1.2 Parâmetros Reológicos .......................................................................................... 10 1.5.2.1.3 Força Géis (Inicial e Final) .................................................................................... 10 1.5.2.1.4 Parâmetro de Filtração ........................................................................................... 11 1.5.2.1.5 Teor de Sólidos ...................................................................................................... 11 1.5.2.2 pH (Potencial Hidrogeniônico) ................................................................................. 11 IX 1.5.2.3 Teor de Cloretos ....................................................................................................... 12 1.5.2.4 Teor de Bentonita ..................................................................................................... 12 1.5.2.5 Toxicidade ................................................................................................................ 12 1.5.2.6 Biodegradabilidade ................................................................................................... 12 1.5.2.7 Tipos de Fluído de Perfuração .................................................................................. 12 1.5.2.8 Fluídos à Base de Água ............................................................................................ 12 1.5.2.9 Fluídos à Base de Óleo ............................................................................................. 13 1.5.3 Fluído à Base de Gás ................................................................................................... 14 1.6 Sistemas de Uma Sonda de Perfuração .......................................................................... 15 1.6.1 Sistema de Sustentação de Cargas ............................................................................... 15 1.6.2 Sistema de Geração e Transmissão de Energia ........................................................... 15 1.6.3 Sistema de Movimentação de Cargas .......................................................................... 15 1.6.4 Sistema de Rotação ...................................................................................................... 16 1.6.5 Sistema de Segurança de Poço .................................................................................... 16 1.6.6 Sistema de Monitoramento .......................................................................................... 16 1.6.7 Sistema de Circulação de Fluidos ................................................................................ 16 1.6.7.1 Fases de Circulação .................................................................................................. 17 1.6.7.1.2 Fase de Injeção ...................................................................................................... 17 1.6.7.1.3 Fase de Retorno ..................................................................................................... 18 1.6.7.1.4 Fase de Tratamento ................................................................................................ 18 1.6.7.2 Equipamentos do Sistema de Circulação.................................................................. 19 1.6.7.2.1 Tanque de Lama .................................................................................................... 19 1.6.7.2.2 Bombas de Lama ................................................................................................... 19 1.6.7.2.3 Tipos de Bombas de Lama (Mud Pumps) ............................................................. 19 1.6.7.2.4 Bomba de Lama Duplex ........................................................................................ 20 1.6.7.2.5 Bomba de Lama Triplex ........................................................................................ 20 X 1.6.7.2.7 Manifold ................................................................................................................ 20 1.6.7.2.8 Tubo Bengala (Standpipe) ..................................................................................... 21 1.6.7.2.9 Saída da Lama ....................................................................................................... 21 1.6.7.3 Equipamentos da Fase de Tratamento da Lama ....................................................... 21 1.6.7.3.1 Peneiras Vibratórias ............................................................................................... 22 1.6.7.3.2 Desgaseificador ..................................................................................................... 23 1.6.7.3.3 Hidrociclones ......................................................................................................... 24 1.6.7.3.4 Desareiador ............................................................................................................ 25 1.6.7.3.5 Dessiltador ............................................................................................................. 25 1.6.7.3.6 Centrífuga .............................................................................................................. 25 1.6.7.3.7 Misturadores .......................................................................................................... 26 1.6.7.3.8 Funilde Mistura..................................................................................................... 26 CAPÍTULO II – METODOLOGIA DE ESTUDO ............................................................. 27 2.1 Métodos de Pesquisas ..................................................................................................... 27 2.2 Técnicas de Pesquisas ..................................................................................................... 27 2.3 Tipos de Pesquisas .......................................................................................................... 28 2.4 Caracterização do Campo de Investigação ..................................................................... 28 2.4.1Amostra ........................................................................................................................ 29 2.5 Técnicas e Métodos de Coletas de Dados ...................................................................... 29 2.6 Dificuldades Encontradas ............................................................................................... 29 CAPÍTULO III – ANÁLISE E DISCUSSÃO ...................................................................... 30 CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 35 SUGESTÕES .......................................................................................................................... 36 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 37 1 INTRODUÇÃO O processo de perfuração de poços é realizado de forma ininterrupta de modo a atingir os objetivos traçados, inicialmente no projeto do poço de petróleo. Durante a operação, se faz necessário a manutenção da estabilidade do poço, assim como, o material triturado pela broca deve ser encaminhado para a superfície. Se faz o uso dos chamados fluidos de perfuração que são circulados dentro do poço ao longo de todo o processo de perfuração, a fim de garantir condições favoráveis e seguras para o sucesso da operação. Eles têm um papel importante na perfuração e o seu desempenho está diretamente ligado as suas propriedades. A avaliação dessas propriedades, bem como as informações recolhidas da formação, determinarão a formulação ou o tratamento necessário para que o fluido desempenhe com eficácia o seu papel durante a operação de perfuração. Estrutura do Trabalho O trabalho está dividido em três (3) capítulos: Capítulo I: Fundamentação Científica – neste capítulo definir-se-á os conceitos chaves relacionados com o trabalho; Capítulo II: Metodologia de Estudo – neste capítulo abordaremos os métodos para confeição do trabalho; Capítulo III: Análise e Discussão dos Resultados – neste capítulo analisaremos os resultados obtidos para realização do trabalho. Problemática A falta de compatibilidade e condicionamento do fluido pode ocasionar problemas durante a perfuração colocando em risco a estabilidade da formação a ser perfurada, bem como danificar os componentes do sistema em causa. Portanto, a grande maioria dos acidentes em poços petrolíferos são gerados por um fluxo descontrolado de fluidos para a superfície, devido ao desequilíbrio entre a pressão hidrostática e a pressão da formação, designado por blowout. Logo surge a seguinte pergunta de partida: Que condições são propiciadas pelo sistema de circulação para manter a estabilidade do poço durante toda operação de perfuração? 2 Hipóteses 𝐇𝟏: Devido à pressão da coluna exercida na formação, a pressão do fluído tem que ser maior que a pressão dos poros da mesma, para evitar o influxo de líquido contidos nas rochas, o fluído de perfuração deveria invadir continuamente as formações permeáveis, se não houvesse o depósito de um reboco. 𝐇𝟐: Durante a perfuração várias pressões são exercidas no poço e perfurar nas condições de overbalance (de forma convencional), onde a pressão hidrostática (que é exercida pelo fluído circulado) deve ser maior que a pressão da formação, para que a operação de perfuração seja segura. Justificativa O sistema de circulação é o coração do processo de perfuração e o fluído é o elemento vital no controle do poço perfurado. A escolha deste tema “Sistema de circulação do fluido de perfuração” foi a fim de apresentar uma visão ampla que engloba todo processo de circulação do fluído durante toda a operação de perfuração. O projeto foi desenvolvido visando proporcionar aos estudantes uma grande diversidade de conhecimentos, experiências e análise das mesmas no que tange a importância da circulação do fluido de perfuração e a sua influência na manutenção da estabilidade do poço durante a perfuração. Delimitação O trabalho delimitar-se-á em sistema de circulação do fluído de perfuração, tendo como estudo de caso o Bloco 17, poço DAL-765 (2020-2021). Metodologia Para levar a termo e realização deste trabalho científico fez-se o uso de várias técnicas e ferramentas. Na busca de todas informações necessárias e na realização de uma secção prolongada de pesquisa bibliográfica, para a fundamentação teórica da investigação. Depois de ter feito a análise das informações bibliográficas, as informações necessitaram de ser sintetizadas de forma a formular conclusões. 3 Objetivo geral ✓ Conhecer o comportamento do sistema de circulação do fluido de perfuração. Objetivos específicos ✓ Definir os conceitos chaves do trabalho. ✓ Identificar os fluidos de perfuração, suas características e funções. ✓ Correlacionar o fluído de perfuração, a formação e os equipamentos. ✓ Explicar o processo de circulação do fluido de perfuração. 4 CAPÍTULO I – FUNDAMENTAÇÃO CIENTÍFICA 1.1 Definição de Conceitos Chaves A perfuração de um poço é um trabalho realizado sem interrupção, que só termina quando se atinge a profundidade programada. O objetivo da perfuração de poços é recuperar, de forma segura, o óleo e o gás preso nas rochas (ALVES, 2020). Sistema de Circulação são os equipamentos que permitem a circulação e o tratamento do fluido de perfuração (CHIPINDU, 2010). Fluidos de perfuração são dispersões complexas de sólidos, líquidos e gases, usualmente constituídas de duas fases: uma dispersante (aquosa ou orgânica) e outra dispersa, cuja complexidade depende da natureza dos produtos dispersos, requisitos e funções necessárias (WIKIMEDIA, 2019). 1.2 Visão de Outros Autores Visão de José Thomas Segundo (THOMAS, 2001), um tubo de condução aberto é direcionado junto com a broca para poder armazenar os pequenos pedaços de rochas. A primeira coisa a se fazer após o início da perfuração é retirar esses pedaços de rocha para que a broca esteja sempre exposta a mais rochas. Para isso, um fluido de perfuração ou lama é injetado removendo os fragmentos continuamente. Visão de Annis Smith Para (SMITH, 2011) um sistema de circulação de fluido, o fluxo ocorre em uma variedade de taxas nas canalizações de tamanhos e de formas diferentes. No interesse de saber ou prever os efeitos deste fluxo é preciso saber o comportamento reológico do fluido nos vários pontos de interesse no sistema de circulação. 5 1.3 Breve Historial da Perfuração no Mundo Em 27 de agosto de 1859, o coronel norte-americano Edwin Drake constrói a primeira torre de petróleo na Pensilvânia, nos Estados Unidos. O líquido jorra quando o poço atinge 23 metros de profundidade. O petróleo era então utilizado como combustível para as lamparinas a óleo, mas pouco depois passou a ser destilado para produzir carburantes como o querosene. Tem início a febre do ouro negro, a descoberta de novas jazidas faria surgir cidades em pleno deserto nos Estados Unidos. Na década de 1850, Benjamin Silliman Jr., professor de química da Universidade de Yale, foi encarregado porum grupo de investidores, entre os quais George Bissell, advogado de Nova York com um projeto de pesquisa pelo qual receberia 526 dólares. Bissell tinha em mente algo grandioso para o futuro: uma substância conhecida como “óleo de pedra”, nome que a distinguia dos óleos vegetais e das gorduras animais. Ele sabia que o “óleo de pedra” borbulhava nos mananciais ou vazava nas minas de sal da área ao redor do córrego Oil, nas colinas do noroeste da Pensilvânia. Poucos barris dessa substância escura e de cheiro forte eram obtidos por meios primitivos, escumando-a da superfície dos mananciais e dos córregos, ou torcendo trapos ou cobertores embebidos naquele óleo. A maior parte desse suprimento era usada na feitura de remédios. Bissell e seu grupo acreditavam que o “óleo de pedra” poderia ser exportado em quantidade e processado para se converter num fluido que seria queimado em lampiões como iluminante, que competiria em ótimas condições com os óleos de carvão que então dominavam o mercado. Achavam que se conseguissem obtê-lo em quantidade suficiente, poderiam trazer para o mercado um iluminante barato e de alta qualidade que o homem de meados do século XIX tão desesperadamente necessitava. Estavam convencidos de que poderiam iluminar cidades e fazendas, e quase tão importante, poderiam usar o “óleo de pedra” para lubrificar as peças móveis da nascente era mecânica. No final de 1854, Bissell contratou Silliman para analisar as propriedades do óleo como iluminante e como lubrificante. Ele ainda lutava para manter de pé sua aventura quando, num dia quente em Nova York, no ano de 1856, viu pela janela a propaganda de um remédio à base do “óleo de pedra” que mostrava várias torres de perfuração, do tipo usado para perfurar poços de sal. Surgiu-lhe a ideia: por que continuar escavando e não perfurar para obter o “óleo de pedra”? Escolheu um certo Edwin L. Drake, que não era militar, mas passou a ser citado como coronel para atender a circunstâncias para viajar a Titusville e iniciar a exploração. Na primavera de 1959, já estando na cidade há meses, escreveu para Bissell: “Não devo mais escavar manualmente. A perfuração sai mais barato. Mas imploro que mandem dinheiro se for para fazer alguma coisa". Drake não 6 tinha recebido ainda a carta de crédito quando, na tarde do sábado, 27 de agosto, a broca atingiu uma fenda a 23 metros de profundidade, e deslizou mais uns 15 centímetros. O trabalho de perfuração foi suspenso. No dia seguinte, havia um fluido escuro boiando na água. Na segunda- feira, quando Drake chegou, acoplou uma bomba comum ao poço e começou a fazer exatamente o que fora motivo de zombaria, bombear o líquido. 1.3.1 Breve História Acerca do Surgimento da Perfuração em Angola A actividade de prospecção e pesquisa de Hidrocarbonetos iniciou-se em Angola em 1910. Nesse ano foi concedida à Companhia Canha & Formigal, uma área de 114,000 km2 no Offshore na Bacia do Congo e na Bacia do Kwanza, sendo o primeiro poço perfurado em 1915. A PEMA (Companhia de Pesquisas Mineiras de Angola) e a Sinclair (EUA) estiveram também envolvidas, desde cedo, na atividade de prospecção e pesquisa em Angola. Após breve paragem, em 1952 reiniciou-se a actividade, com a concessão à Purfina da mesma área adicionada à sua extensão na Plataforma Continental em 1955. Ainda em 1955 ocorreu a primeira descoberta comercial de petróleo, feito da Petrofina no vale do Kwanza. Em parceria com o governo colonial a Petrofina criou a Fina Petróleos de Angola (Petrangol) e construiu a refinaria de Luanda para processamento do crude. Em 1962 foi efetuado o primeiro levantamento sísmico do Offshore de Cabinda pela Cabinda Gulf Oil Company (CABGOC) e em Setembro desse ano surgiu a primeira descoberta. Em 1973 o petróleo tornou-se a principal matéria de exportação. Em 1974 a produção chegou aos 172.000 bpd, o máximo do período colonial. Em 1976, a produção total rondava os 100.000 bpd e era proveniente de três áreas: Offshore de Cabinda, Onshore do Kwanza e Onshore do Congo. Durante o período 1952-1976, foram realizados 30,500 km de levantamentos sísmicos, perfurados 368 poços de prospeção e pesquisa e 302 poços de desenvolvimento. Nesta fase foram descobertos um total de 23 campos, dos quais três na faixa Atlântica. A exploração em águas profundas começou em 1991 com a adjudicação do Bloco 16, a que seguiram os Blocos 14, 15, 17, 18 e 20. Desde 1990 foram perfurados em Angola mais de 200 poços exploratórios e de pesquisa. No começo de 2000 havia um total de 29 Blocos sob licença em terra e na faixa Atlântica. As licenças estavam atribuídas à 30 companhias 14 das quais eram operadoras. A primeira plataforma do modelo FPSO (Flutuante de Produção, Armazenamento e Descarga) no offshore Angolano, foi usada no projeto Kuito do Bloco 14 e, entrou em produção em 7 Dezembro de 1999. Desde Agosto de 2003 a maior plataforma, do modelo FPSO, do mundo é usada no projeto Kizomba A no Bloco 15. Projetos nos Blocos 17 e 18 também fazem uso do mesmo tipo de plataforma. Para terminar com a queima de gás resultante da exploração petrolífera e também para se ter uma fábrica de produção de petroquímicos local, foi construída uma fábrica de condensação de gás natural que produz gás liquefeito de petróleo (GLP). a mesma entrou em produção em 2015. Com as várias descobertas na faixa Atlântica Angolana Angola tornou-se num dos principais produtores de petróleo no continente Africano. A aposta em novas tecnologias para exploração em águas profundas e ultra-profundas tem tornando a indústria petrolífera Angolana pioneira a nível mundial. 1.4 Métodos de Perfuração Existem basicamente dois métodos de perfuração ✓ Método Percussivo; ✓ Método Rotativo. 1.4.1 Método Percussivo A perfuração de poços vem sendo aprimorada ao longo dos anos. Nos primórdios da história da indústria petrolífera empregava-se a perfuração a cabo, perfurando o poço pela percussão de uma ferramenta cortante, um tipo de cinzel pesado movimentado para cima por meio de um cabo ligado ao equipamento de superfície. A ferramenta executa um movimento de vai e vem, sendo içada e deixada cair no fundo do poço, quebrando as formações encontradas por impacto. Neste método, os cascalhos cortados são retirados periodicamente, em geral uma secção curta de tubos, igualmente manuseada a cabo, equipada com válvulas na extremidade inferior. Essa secção curta de tubo coleta os cascalhos cortados enquanto a válvula retém o material cortado que entra no tubo. Usava-se apenas um pouco de água, para facilitar a perfuração. Os dois maiores inconvenientes do método são o baixo rendimento e o risco de encontrar zonas de petróleo e gás natural de alta pressão que podem causar erupções. Atualmente quase que já não se usa este método, com exceção de alguns casos especiais em que apresenta vantagens. Tem baixos custos com equipamentos e operação, incluindo a DTM (desmontagem, transporte e montagem), a locação, apresenta dano desprezível à formação. Tem como maiores desvantagens taxas de penetração muito baixas quando comparadas com o método rotativo à 8 medida que se aumenta a profundidade, há dificuldade na obtenção de amostras para carotagem e deficiências no controlo do influxo de fluídos das formações para o poço. 1.4.2 Método Rotativo Nas operações atuais empregam-se a perfuração rotativa. A perfuração pelo o método rotativo é realizada através de uma estrutura denominada mastro ou torre, que é responsável pela sustentação da coluna de perfuração. Esta, por sua vez, consiste basicamente em uma série de comandos (tubos de paredes espessas) agregados a uma série de tubos de perfuração (tubos de paredes finas) sendo que numa extremidade é colocada uma broca, que irá, em movimentos circulares (em seu eixo) e de impacto, perfurar as rochas até atingir o alvo estabelecido. Os fragmentos gerados pela brocaao atravessarem as formações rochosas, por sua vez, são removidos através de fluidos especiais, chamados de fluidos ou lama de perfuração. O fluido é injetado por bombas para o interior da coluna de perfuração através da cabeça de injeção (Swivel). Assim os cascalhos serão carreados até a superfície através do espaço anular existente entre a coluna de perfuração e a parede do poço. Posteriormente, este resíduo passa a ser analisado pelos geólogos, busca-se, nesta etapa, de uma forma imediata, identificar as formações geológicas atravessadas pela broca e com isto identificar a existência de petróleo, além disso, de forma indireta, pode-se dizer que os fragmentos analisados fornecem maiores informações sobre a região explorada, viabilizando novas interpretações geológicas da área. A perfuração prossegue até uma determinada profundidade, quando então a coluna de perfuração é removida e a coluna de revestimento, com diâmetro inferior ao da broca, é inserida no poço. O espaço anular existente entre a coluna de revestimento e a parede do poço é cimentado, com o objetivo de isolar as formações rochosas e prosseguir a perfuração com segurança (evita-se, pois, o risco de desabamento das paredes do poço). Logo após a cimentação do espaço anular existente entre as paredes do poço e o revestimento, o processo de perfuração continua com uma coluna de perfuração, utilizando-se uma broca de diâmetro inferior ao da coluna de revestimento. O poço é perfurado em várias etapas com brocas de diâmetros diferentes. 9 1.5 Fluidos de Perfuração de Petróleo 1.5.1 Definição, Características e Importância do Fluido de Perfuração Os fluídos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquidos, produtos químicos e, algumas vezes gases, usados durante a perfuração de poços de petróleo. Do ponto de vista químico, eles podem assumir aspetos de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, dependendo do estado físico dos componentes (THOMAS, 2001). Segundo (CORRÊA, 2012), o fluido de perfuração é usualmente chamado de lama de perfuração, usado na perfuração de poços de petróleo para finalidades específicas, dependendo principalmente das características de cada fluido e do tipo de formação que pretende-se perfurar. O fluido de perfuração para atingir o resultado desejado, deve seguir várias características essenciais para o processo de perfuração. Segundo (PEREZ, 2013), são elas: ✓ Ser estável quimicamente; ✓ Ser inerte ou não efetuar mudança na formação geológica; ✓ Não apresentar alto grau de abrasão ou corrosão aos equipamentos de perfuração ou de circulação do fluido; ✓ Não gerar problemas ambientais ou problemas a população; ✓ Ser tratável e reaproveitável; ✓ Ter capacidade de suspensão dos sólidos e facilidade na separação. Seguindo as características citadas anteriormente, os fluidos têm grande importância no desempenho da perfuração, sendo elas: ✓ Transporte de cascalhos provenientes da perfuração através do anular até a superfície; ✓ Manter a estabilidade física e química das paredes do poço; ✓ Controle de pressões da formação, evitando o influxo de água, óleo ou gás; ✓ Transmitir potência hidráulica à broca, durante a perfuração; ✓ Resfriamento da broca e da coluna de perfuração, evitando o desgaste antecipado das mesmas. 10 1.5.2 Propriedades Físicas e Químicas dos Fluídos Para determinação do tipo de fluido, são medidos parâmetros distintos que determinam as características principais dos fluidos analisados. As propriedades físicas mais usados nas sondas são: a densidade, os parâmetros reológicos (viscosidade e forças géis), os parâmetros de filtração e os teores de sólidos. E as propriedades químicas são: o pH, o teor de cloretos, o teor de bentonita, a toxicidade e biodegradabilidade. 1.5.2.1 Densidade A densidade do fluido é um dos parâmetros de grande importância na segurança da formação, onde o mesmo é responsável por calcular a pressão que o fluido exerce na formação. Esse controle é realizado na intenção de manter o fluido com pressão maior do que a pressão exercida pela formação, eliminando assim o perigo de kicks e Blowout (PDPETRO, 2007). 1.5.2.1.2 Parâmetros Reológicos Viscosidade é definida como sendo a resistência que um fluido tem de escoar, tendo vários fatores que a determinam, onde os principais são: taxa de cisalhamento, pressão e a temperatura (PDPETRO, 2007). A temperatura é um dos fatores que tem grande influência na viscosidade de um fluido, pois um aumento da temperatura causa um aumento da viscosidade dos gases e enquanto nos líquidos observa-se uma redução na viscosidade. Já a pressão afeta menos a viscosidade comparando com a temperatura, por isso não tem grande quantidade de experimentos realizados de acordo com a pressão. Quando se aumenta a pressão, há uma compressão reduzindo a distância entre as moléculas e com isso aumentando a resistência do fluido ao escoamento (RODRIGUES, 2013). 1.5.2.1.3 Força Géis (Inicial e Final) Indica o grau de tixotropia do fluido (são aqueles que quando estão em repouso possuem o estado semi-rígido, e adquirem fluidez quando são submetidos a uma taxa de deformação). A força gel é um parâmetro de natureza reológica que indica o grau de gelificação devido à interação elétrica entre partículas dispersas. A força gel inicial mede a resistência inicial em 11 colocar o fluido em fluxo, e a final mede a resistência para reiniciar o fluxo a partir de um estado de repouso. A diferença entre elas indica o grau de tixotropia do fluido. 1.5.2.1.4 Parâmetro de Filtração A capacidade em formar uma camada de partículas sólidas húmidas, denominada de reboco, sobre as rochas permeáveis expostas pela broca, é fundamental para o sucesso da perfuração e da completação do poço. Para formar o reboco, deve haver o influxo da fase líquida do fluído para a formação, conhecido como filtrado. Para isso é essencial que o fluido tenha uma fração razoável de partículas com dimensões dos poros das rochas expostas. Quando existem partículas sólidas com dimensões adequadas, a obstrução dos poros é rápida e somente a fase líquida do fluido, o filtrado, invade a rocha. O filtrado e a espessura do reboco são dois parâmetros medidos rotineiramente para definir o comportamento do fluido quanto à filtração. 1.5.2.1.5 Teor de Sólidos Com relação aos sólidos resultantes da perfuração, podemos aplicar tratamentos distintos, evitando a dispersão dos sólidos ou na tentativa de extraí-los com equipamentos específicos, tais como as peneiras e a centrífuga, entre outros. A quantidade de sólido contido no fluido de perfuração tem que ser tratada com certo cuidado, pois o mesmo tem a capacidade de mudar as características, como a densidade e a viscosidade; aumentando assim o risco de danos nos equipamentos de circulação, travamento da coluna de perfuração e a redução significativa da taxa de penetração da broca (RODRIGUES, 2013). 1.5.2.2 pH (Potencial Hidrogeniônico) De acordo com (RODRIGUES, 2013), o pH tem grande importância na perfuração de poços de petróleo, pois o mesmo tem que ser mantido no intervalo de 7 à 10, se caracterizando como alcalino baixo. Levando em consideração os investimentos e custos relacionados aos equipamentos que compõem o sistema de circulação de uma sonda de perfuração, podemos considerar que o pH é um fator de grande relevância para o controle de corrosão de equipamentos e danos que ocorrem em decorrência do alto valor do pH. 12 1.5.2.3 Teor de Cloretos Os resultados do teor de cloretos são usados principalmente para identificar o teor salino da água de preparo do fluido, controlar o teor de cloretos de fluidos inibidos com sal, identificar influxos de água salgada e identificar a perfuração de uma rocha ou somo salino. 1.5.2.4 Teor de Bentonita Define a quantidade de bentonita do fluido à base de água. 1.5.2.5 ToxicidadeQuantifica o grau de agressão do fluido ao meio ambiente. 1.5.2.6 Biodegradabilidade Define o impacto temporal do fluido ao meio ambiente. 1.5.2.7 Tipos de Fluído de Perfuração Segundo (PEREZ, 2013) a interação dos componentes que são essenciais aos fluidos levam a modificação das propriedades físicas e químicas dos mesmos. (RODRIGUES, 2013) Diz que o fluido de perfuração é composto por parte dispersante, que pode ser à base de água, óleo e gás e a parte dispersa que são representados pelos compostos químicos. As classificações dos fluidos obtêm-se a partir da parte dispersante. 1.5.2.8 Fluídos à Base de Água Os fluidos são classificados e possuem diversos tipos de composição, de acordo com (CORRÊA, 2012) é usado frequentemente o fluido à base de água e os demais têm menos aceitação por causa das questões ecológicas e ambientais, levando em conta a questões de custos na operação. Os fluidos à base de água são classificados de acordo com a sua composição química. Independentemente da classificação atribuída para o determinado fluido, podemos observar geralmente a presença de argila, produtos químicos solúveis em água incluindo os sais, um aditivo de controlo do pH da substância e vários polímeros orgânicos, como o floculante ou dispersante (PDPETRO, 2007). 13 (THOMAS, 2001) Mostra diversas classificações para o fluido à base de água, onde teremos os fluidos não inibidos e os inibidos. Os fluidos que estão classificados como não-inibidos são usados em formações que contém as características específicas de rochas superficiais, formadas por sedimentos inconsolidados que são relativamente inertes ao contato com água doce. Levando em conta que a água doce não precisa de pré-tratamento, por não afetar o desempenho dos aditivos utilizados na preparação do fluido. Os fluidos inibidos têm sua composição química formada por íons de potássio, cálcio e sódio, usados para perfurar rochas solúveis em água doce, pois quando a água entra em contato com as rochas, tornam-se expansíveis e dispersáveis. Os inibidores adicionados à água têm a característica de diminuir estes efeitos, impedindo assim o contacto da água com as paredes das rochas. Já com relação à perfuração de ambientes com presença de rochas salinas, podemos reduzir a solubilidade da água na rocha adicionando Nacl, chamando o fluido de salgado saturado (THOMAS, 2001) e (PETROBRÁS, 2008). 1.5.2.9 Fluídos à Base de Óleo Em formações que têm características geológicas salinas, de arenitos, de folhelhos argilosos e plásticos, de poços direcionais ou de poços com altas pressões e altas temperaturas; podemos utilizar fluidos à base de óleo. Observando que estes apresentam algumas desvantagens em relação ao uso de fluidos à base de água, enumerando-se principalmente os problemas ambientais e o alto custo inicial. A utilização dos fluidos à base de óleo leva a uma menor penetração da broca, maiores graus de poluição ambiental, pois o óleo diesel costuma ser utilizado em grandes quantidades na sua formulação e, adicionalmente, uma maior dificuldade na detecção de gás, pois este é solúvel no fluido (PETROBRÁS, 2008). Observamos hoje em dia um maior avanço na tecnologia e um significante aumento em pesquisas relacionas aos fluidos sintéticos ou minerais, com menor índice de poluição, com o uso de óleos minerais na tentativa de manter as mesmas vantagens em relação ao fluido à base de óleo diesel. Observando assim uma característica essencial do uso de óleo na perfuração, que é a baixa solubilidade de sais, levando à baixa taxa de corrosão e o alto grau de lubrificação. A utilização dos fluidos sintéticos tem restrições em relação a sua aplicação. Sendo geralmente utilizados em operações offshore, onde é restrito o descarte das lamas e dos cascalhos após a perfuração com fluido à base de óleo. As substâncias sintéticas se tornam mais caras, não afirmando que utilização não seja viável. 14 1.5.3 Fluído à Base de Gás A perfuração com o fluido à base de gás é recomendada em situações especiais, onde se observa perdas de circulação severas e formações geológicas como o basalto ou o diabásio que têm características de rochas de maior dureza, em regiões com camadas espessas de gelo e escassez de água na formação, e também, é aplicado em formações pouco consolidadas. A utilização de ar comprimido ou nitrogênio em fluido à base de gás tem a preocupação de aplicação em formações que não tenham a produção de hidrocarbonetos e de água. Neste fluido é utilizado ar puro que promovem o aumento da taxa de penetração e a diminuição da deposição de cascalhos no fundo do poço perfurado (CORRÊA, 2012). Já a utilização da névoa, está frequentemente interligada com a aplicação do ar puro, pois é viável a utilização da mesma quando a quantidade de água na formação exercer algum tipo de risco à perfuração. Diferentemente da aplicação da espuma, pois a fase contínua do líquido é estabilizada com aplicação de um tenso ativo chamado de espumante que aumenta a viscosidade do fluido e com isso facilitando a remoção dos sólidos decorrentes da perfuração (PEREZ, 2013). Após a utilização dos recursos tecnológicos provenientes de métodos sísmicos e geológicos, somente com a perfuração de um poço é que se comprovará a tese de acumulação de hidrocarbonetos proposta nas análises geofísicas. Na execução da operação de perfuração de poços petrolíferos se utiliza uma sonda com diversos equipamentos agrupados em sistemas, estes que são: ✓ Sistema de sustentação de carga; ✓ Sistema de geração e transmissão de energia; ✓ Sistema de movimentação de carga; ✓ Sistema de rotação; ✓ Sistema de circulação de fluidos ✓ Sistema de monitoramento; ✓ Sistema de segurança. Alguns dos equipamentos que compõem estes sistemas irão possibilitar a livre rotação, movimentação, sustentação e o armazenamento dos materiais (coluna de perfuração, coluna de revestimento, etc.), usados ao decorrer do processo de perfuração. E outros equipamentos irão possibilitar o bombeamento do fluido de perfuração, para o poço, o controlo e monitoramento 15 de toda operação; o fornecimento da energia elétrica necessária para o funcionamento dos equipamentos, a paragem de emergência da operação de perfuração fechando o poço em casos de Kick ou Blowout. O funcionamento em sincronia dos sistemas supracitados, é que irá permitir efetuar uma operação segura de perfuração de um poço petrolífero. 1.6 Sistemas de Uma Sonda de Perfuração 1.6.1 Sistema de Sustentação de Cargas (THOMAS, 2001) Diz que o sistema de sustentação de cargas é formado por um mastro ou torre, na qual são estruturas em aço especial, com desenho piramidal que causa um espaçamento vertical livre para permitir a efetivação das manobras. A carga correspondente ao peso da coluna de perfuração, ou revestimento, é transmitida para o mastro. 1.6.2 Sistema de Geração e Transmissão de Energia Segundo (THOMAS, 2001) para realizar a ativação dos equipamentos de uma sonda de perfuração é indispensável à utilização de energia, que na maioria das vezes é gerada por motores à diesel tanto em sondas marítimas e sondas terrestres. Em sondas marítimas é também utilizada o sistema de turbinas à gás, pois a produção de gás é mais acessível e econômica. Já em sondas terrestres, se ficar localizada no mesmo lugar em um grande período de tempo é utilizada a rede elétrica pública, uma opção bastante proveitosa. 1.6.3 Sistema de Movimentação de Cargas De acordo com (THOMAS, 2001), esse sistema tem grande importância na movimentação das colunas de perfuração, de revestimento e de outros equipamentos tendo como os principais membros do sistema; o guincho que por meio de motores à diesel e elétricos recebem energia mecânica necessária para a movimentação das cargas; o bloco de coroamento que é a união de quatro à sete polias nas quais são apoiadas na parte superior domastro, através do cabo de sustentação; a catarina que consiste em polias móveis apoiadas em um pino central; o gancho que é um equipamento encontrado abaixo da catarina, de corpo cilíndrico capaz de amortecer os golpes causados pela movimentação das cargas; o cabo de perfuração que é um tipo de corda 16 trançada, onde cada trança é constituída por fios de baixo diâmetro; o elevador é usado para movimentar elementos tubulares. 1.6.4 Sistema de Rotação Formado por equipamentos que geram a rotação das colunas de perfuração, consiste em uma mesa rotativa, elemento que conduz a rotação até a coluna de perfuração, permitindo assim que o kelly deslize em seu interior; o kelly responsável por transportar a rotação da mesa rotativa até a coluna de perfuração e a cabeça de circulação ou swivel que promove a separação dos elementos móveis dos imóveis na sonda de perfuração. Onde apenas a sua parte inferior realiza a rotação, é através desse equipamento que o fluido de perfuração é depositado (RODRIGUES, 2013). 1.6.5 Sistema de Segurança de Poço Este sistema é constituído por equipamentos capazes de fechar e controlar o poço. O Blowout Preventer (BOP) é o mais importante desses equipamentos, são formados por várias válvulas capazes de bloquear o poço. Se caso houver um kick, nome dado ao fluxo indesejável dentro do poço, para obter o controle é acionado imediatamente os preventores evitando que se forme um Blowout, nome dado ao fluxo incontrolável, capaz de gerar danos aos equipamentos da sonda, perda de reservatórios, acidentes de trabalho e até mesmo a poluição do meio ambiente (THOMAS, 2001). 1.6.6 Sistema de Monitoramento (THOMAS, 2001) Ressalta que esse sistema juntamente com os elementos, é capaz de controlar e monitorar a perfuração. São eles: o manômetro, indicador de peso sobre a broca, indicador de torque, tacômetro, dentre outros. 1.6.7 Sistema de Circulação de Fluidos Durante o processo de perfuração de um poço, o fluido é bombeado do tanque de lama (tanque reservatório) até à coluna de perfuração, passando assim pela broca. O fluido após passar pela broca, retorna pelo espaço anular. Ao retornar do poço está contaminado por uma série de elementos provenientes dele, levando até a superfície os resíduos sólidos e gasosos 17 incorporados na perfuração. Após o tratamento do fluido, o mesmo retorna ao tanque de lama e, assim formando o sistema de circulação do fluido de perfuração (RODRIGUES, 2013). Figura 1. Descrição do percurso do fluido de perfuração. Fonte. (EKOMERI e KOSUNSOLIDSCONTROL, 2015) 1.6.7.1 Fases de Circulação O sistema de circulação de fluídos subdivide-se em: ✓ Fase de injeção; ✓ Fase de retorno; ✓ Fase de tratamento. 1.6.7.1.2 Fase de Injeção Na fase de injeção, as bombas de lama são o coração do sistema. O fluido de perfuração é succionado dos tanques (localizados na plataforma) pelas bombas centrífugas e de seguida pelas bombas de lama (Mud Pumps) que o pressurizam para injeção na coluna de perfuração até aos jatos da broca. As vazões e pressões variam de acordo com a profundidade e geometria do poço. Ainda na Fase de Injeção; após o fluído de perfuração ser descarregado pela bomba, ele é elevado, passando pelo standpipe, subindo mais ou menos à metade da torre de perfuração, que por sua vez é conectado na mangueira flexível, que fará a conexão diretamente com o gooseneck 18 do swivel. Entrando pelo gooseneck, o fluído de perfuração, entra no swivel, que faz a interface entre a parte fixa da sonda e o sistema de rotação. 1.6.7.1.3 Fase de Retorno Na fase de retorno, a lama atinge os fragmentos de rochas pelos jatos da broca e percorre o espaço anular entre a coluna e as paredes do poço. Na superfície, a lama, mais os fragmentos são direcionados através de uma linha de retorno (Flow Line) que direcionará a solução para a fase de tratamento. 1.6.7.1.4 Fase de Tratamento A fase de tratamento ou condicionamento do fluido de perfuração consiste na eliminação de sólidos ou gases que se incorporam a ele durante a perfuração e quando necessário, na adição de produtos químicos para ajustes de suas propriedades, antes que seja recirculado. O primeiro equipamento é a peneira vibratória, que tem a função de separar os sólidos mais grosseiros do fluido de perfuração, tais como cascalhos e grãos maiores que a areia. Em seguida, 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. Saindo do desareiador, o fluido passa pelo dessiltador, um conjunto de oito a doze hidrociclones de 4” a 5”, cuja função é descartar partículas de dimensões equivalentes ao silte. O equipamento seguinte é o Mud Cleaner, nada mais é que um dessiltador com uma peneira que permite recuperar partículas. Um equipamento sempre presente na sonda é o desgaseificador, que elimina o gás do fluido. Durante a perfuração de uma formação com gás, ou quando há ocorrência de um influxo de gás contido na formação para dentro do poço, as partículas de gás se incorporam ao fluido de perfuração e a sua recirculação no poço é perigosa. O sistema de circulação é composto pelos seguintes componentes: ✓ Tanques de lama; ✓ Bombas centrífugas; ✓ Bombas de lama; ✓ Manifold; ✓ Tubo bengala (Standpipe); ✓ Saída de lama; 19 ✓ Peneiras Vibratórias; ✓ Desgaseificador; ✓ Desareiador; ✓ Dessiltador; ✓ Mud Cleaner ✓ Centrífuga; ✓ Misturadores; ✓ Funil de Mistura. 1.6.7.2 Equipamentos do Sistema de Circulação 1.6.7.2.1 Tanque de Lama Reservatórios feitos de chapas de aço que armazenam a lama na superfície. São interligados entre si por tubos de aço ou mangotes flexíveis e conectados aos equipamentos do sistema de tratamento da lama. 1.6.7.2.2 Bombas de Lama Responsáveis pelo fornecimento de energia ao fluido para a circulação. São mecanismos volumétricos alternativos, de deslocamento positivo composto por um conjunto de válvulas, cilindros e pistões horizontais. O fluído é succionado, preenchendo o cilindro, na sequência o pistão é acionado e pressurizam o fluído em direção ao orifício de saída. As bombas de lama são constituídas fundamentalmente de duas partes: ✓ Parte mecânica (power end): recebe a energia de acionamento na forma rotativa e a transforma em movimento alternativo; o seu acionamento é feito por motores independentes, tanto nas sondas diesel-elétricas como nas mecânicas. ✓ Parte hidráulica (fluid end): onde a potência mecânica alternativa é transferida ao fluido na forma de pressão x vazão. 1.6.7.2.3 Tipos de Bombas de Lama (Mud Pumps) Já existem no mercado modelos de bombas com mais de três cilindros, estes novos equipamentos são benéficos às operações de LWD e Mud Logging. Em poços profundos. a necessidade de potência de bombeamento é altíssima. Mesmo fazendo-se uso de equipamentos 20 que podem chegar à 7500cv de potência, torna-se necessário fazer uso de várias bombas funcionando em paralelo. Deste modo é possível atingir maiores vazões de bombeio, necessárias para promover o carreamento dos cascalhos. Os tipos de bomba de lama mais comuns são: 1.6.7.2.4 Bomba de Lama Duplex Possuem dois cilindros horizontais, ou seja, dois pistões, de duplo efeito; o bombeamento é realizado nos dois sentidos do curso do pistão. Assim, em cada cilindro, enquanto num dos lados do pistão se está succionando, no outro se está descarregando. Principais características: ✓ Dois liners; ✓ Mais rara no mercado; ✓ Mais pesada; ✓ Ação dupla; ✓ Desloca mais lama em um golpe. 1.6.7.2.5 Bomba de Lama Triplex Com três pistões de simples efeito: apenas na face anterior do pistão se succiona e se descarrega. As bombas triplex vêm substituindo gradativamente as duplex de mesma potência, pois são menores, mais leves e tem custo menor, tanto de aquisição como de manutenção.Principais características: ✓ Três liners; ✓ Menos peso para mesma potência; ✓ Fácil manutenção; ✓ Menor custo; ✓ Descarga de lama mais suave; ✓ Desloca maior volume à alta pressão; ✓ Ação simples. 1.6.7.2.7 Manifold É um conjunto de válvulas que recebe os mangotes de descarga das bombas e a linha de recalque para o tubo bengala, permitindo direcionar o fluxo para o poço por qualquer uma das bombas. 21 1.6.7.2.8 Tubo Bengala (Standpipe) O tubo bengala (standpipe) é um tubo vertical fixado à torre. Conjuntamente com a mangueira flexível, permitindo que se bombeie a lama em qualquer altura dentro da faixa de movimentação do swivel. 1.6.7.2.9 Saída da Lama A saída de lama ou linha de retorno da lama (flow line) é um tubo que conecta o espaço anular do poço com os tanques de lama. A lama ao sair do poço passa pela saída de lama e vai para a peneira vibratória, primeiro equipamento do sistema de tratamento da lama, em que a lama é forçada a percorrer antes de retornar para o tanque de lama. 1.6.7.3 Equipamentos da Fase de Tratamento da Lama Figura 2. Equipamentos da fase de tratamento da lama. Fonte. (Solid Control in Drilling Oil Gas, 2017) 22 O tratamento do fluido para reduzir o teor de sólidos pode ser preventivo ou corretivo. O tratamento preventivo consiste em inibir o fluido, física ou quimicamente, evitando-se a dispersão dos sólidos perfurados. No método corretivo pode-se fazer uso de equipamentos extratores de sólidos, tais como tanques de decantação, peneiras, hidrociclones e centrífugas, ou diluir o fluido (GOMES, SALGADO, et al., 2012). Geralmente é composto pelos seguintes equipamentos: 1.6.7.3.1 Peneiras Vibratórias As peneiras vibratórias têm um papel fundamental na eficiência global do sistema, pois são os primeiros equipamentos a partir da flow line. Por isso, são ditos a primeira linha de defesa do sistema de separação de sólidos. O bom dimensionamento na quantidade e qualidade dessas peneiras evita a sobrecarga dos hidrociclones (desareiadores e dessiltadores) e equipamentos seguintes. Desta forma, sem um peneiramento adequado do fluido de perfuração neste estágio inicial de separação, a eficiência e efetividade de todo o sistema de controle de sólidos da sonda fica seriamente comprometida. As peneiras devem ser projetadas para processar todo o volume circulante de fluido e possuir preferencialmente as menores aberturas de tela compatíveis com a operação. Em campo são as utilizadas peneiras inclinadas e vibratórias, fatores que, juntamente com o tipo de tela e tamanho de abertura, interferem diretamente na eficiência desses equipamentos. As seguintes características são importantes na escolha da tela a ser utilizada (BRICE, 2006) e (PETROBRÁS, 2008): ✓ Camadas: As telas de um equipamento podem ser construídas com uma ou mais camadas. As telas de camada única têm aberturas que são regulares em tamanho e forma. As telas com mais de uma camada têm malha diferente em cada camada, ou seja, estas telas têm aberturas que variam muito em tamanho e forma. ✓ Mesh: Definido como o número de aberturas por polegada. ✓ Abertura: Distância entre dois fios consecutivos da tela, normalmente é medido em polegadas ou micrômetros. Telas de mesmo Mesh podem ter aberturas diferentes a depender do diâmetro do fio utilizado na fabricação da tela. Quanto menor o diâmetro do fio maior a abertura da tela e maior serão as partículas que passarão através da mesma. É a abertura da tela, e não o Mesh, que determina o tamanho das partículas que serão separadas pela tela. 23 ✓ Percentagem de área aberta: Percentagem da área da tela que não é bloqueada pelos fios da mesma. Para um mesmo Mesh, quanto maior o diâmetro do fio utilizado na tela menor será essa percentagem. O objetivo de se fazer vibrar a tela de uma peneira é promover a queda das partículas sólidas liberando a área sobre a tela. A vibração leva à rápida separação da lama e dos sólidos, reduzindo a quantidade de lama aderida aos sólidos. Para a máxima eficiência, os sólidos sobre a superfície da tela devem permanecer ali por um tempo mínimo de residência relacionado à inclinação e tipo de vibração das peneiras. Alguns dispositivos usam movimento elíptico e outros usam movimento linear para aumentar a eficiência. O efeito combinado da tela e vibração resulta na separação e remoção de partículas de grandes dimensões a partir de lama de perfuração. As peneiras são, e provavelmente continuarão sendo, a primeira linha de defesa de um sistema de controle de sólidos corretamente projetado. Sem o monitoramento adequado do fluido de perfuração durante esta etapa inicial de remoção dos sólidos, certamente haverá́ redução da eficiência e eficácia de todos os equipamentos à jusante das peneiras no processo de controle de sólidos. No mercado existem as peneiras primárias cujas telas variam geralmente entre 10 e 40 Mesh, e as peneiras de alto desempenho, as quais operam com telas finas chegando a mais de 200 Mesh. Nas operações de perfuração de poços de petróleo as peneiras primárias são adequadas para a perfuração de superfície, para profundidades rasas e intermediárias quando auxiliadas pelos demais equipamentos separadores de sólidos. Para poços profundos e quando se utiliza um fluido de perfuração com custo elevado, as peneiras de alto desempenho são as preferidas. No Mud Cleaner utilizam-se peneiras de alto desempenho, uma vez que os sólidos separados nessa etapa possuem um diâmetro médio inferior aos sólidos da primeira etapa (PETROBRÁS, 2008). 1.6.7.3.2 Desgaseificador É um equipamento utilizado com o propósito de remover o gás que esteja dissolvido na lama de perfuração. Para alcançar tal objetivo, o desgaseificador diminui a pressão da lama, provocando uma expansão do gás e o coalescimento das bolhas, até que estas sejam segregadas do fluído. É muito importante remover o gás da lama, pois ele diminuirá a densidade do fluído de perfuração, diminuindo a pressão hidrostática, o que pode levar à um Kick. 24 Existem dois tipos de desgaseificador: ✓ À pressão atmosférica; ✓ À vácuo. Os equipamentos que influenciam à pressão atmosférica são de construção mais simples, possuem menos partes móveis e são baratos. Apesar disto, estes, equipamentos têm menor eficiência para a segregação do gás, já que o gás se separa mais facilmente em pressões mais baixas. Os sistemas à vácuo são mais caros, possuem mais partes móveis, porém são mais eficientes. Para criar o vácuo no interior do desgaseificador é usada uma bomba de vácuo. A maioria dos desgaseificadores modernos apresentam uma estrutura interna que se assemelha a uma folha. Esta estrutura faz com que a lama flua em camadas finas, deste modo o gás precisa migrar por uma distância pequena até se separar totalmente da lama. Existem também desgaseificadores horizontais que têm uma altura menor, sendo mais adequados à locais em que existam limitações de altura. A lama misturada ao gás entra no equipamento, passa pelos canais do tipo folha aonde o gás se desprende. Na saída do canal o gás, por ser mais leve, sobe e sai por cima e a lama já livre do gás sai por baixo. Em caso de um Kick de gás, em que o volume a ser tratado de gás é muito grande, a lama passa por um sistema conhecido como Poor Boy. Este equipamento tem uma série de placas metálicas em seu interior, também com o objetivo de promover a maior área de contato possível. Este tipo de desgaseificador, é usado em situações de emergência e projetado para remover grandes quantidades de gás, imediatamente circulando-o por uma saída de ventilação, em geral localizada no topo da torre de perfuração. 1.6.7.3.3 Hidrociclones Hidrociclones são equipamentos comumente utilizados no processo de separação sólido-fluido. Nestes equipamentos, a pressão da alimentação é transformada em força centrífuga que atua dentro docone para separar as partículas. Eles se tornaram importantes no sistema de controle de sólidos, pois removem de maneira eficiente partículas menores que a abertura das telas das peneiras e por serem equipamentos simples, de fácil manutenção e sem partes móveis. O hidroclone consiste numa parte cilíndrica ligada à uma parte cónica com uma pequena abertura no fundo para descarga do Under flow, uma abertura maior no topo para descarga do Over flow através da formação de um “vortex” interno e uma abertura lateral para alimentação no corpo do equipamento próximo ao topo. A lama de perfuração é alimentada no hidroclone sob 25 pressão a partir de uma bomba centrífuga. A carga de fluido à entrada do equipamento leva à rotação das partículas no interior do cone, gerando uma acentuada força centrífuga. Com isso forma-se um movimento em espiral descendente, arrastando as partículas maiores e mais pesadas para a saída inferior do equipamento denominada saída de sólidos. 1.6.7.3.4 Desareiador O mecanismo de base de funcionamento do desareiador é um conjunto de dois ou três hidrociclones de 8” ou 10”, uma saída para o fluxo de lama e outra para as partículas sólidas descartadas. Ele funciona por gravidade, segregando partículas maiores que um determinado tamanho, nesse caso a areia, acima de 74µm (micrômetros). O fluxo de lama entra no topo do hidroclone, tangencialmente à suas paredes. Deste modo, por ação gravitacional, as partículas maiores e mais pesadas são eliminadas por baixo, junto com uma pequena quantidade de lama. Os restos são então descartados. O fluido, por ser mais leve, sai por cima, no centro do orifício. Desta maneira, a corrente fica livre de areia e o fluído pode seguir para o dessiltador. Devido à grande vazão de fluídos, para operar a sonda em geral se usa uma bateria de hidrociclones em paralelo. 1.6.7.3.5 Dessiltador O dessiltador possuí um princípio de funcionamento bastante semelhante ao sistema encontrado nos desareiadores. A diferença fundamentalmente entre os dois sistemas é que o dessiltador compõe-se de uma bateria de oito à doze hidrociclones de 4” ou 5”. Os cones de menor tamanho permitem ao equipamento remover com mais eficiência partículas menores, desta maneira faz- se necessário que os dessiltadores estejam localizados à jusante dos desareiadores ou seja a sua função é descartar partículas menores do que 74µm que tenham passado pelo desareiador. 1.6.7.3.6 Centrífuga É responsável por retirar partículas ainda menores que não tenham sido descartadas pelo hidroclone. Consta de um tambor que ao girar cria uma força centrífuga no fluido, forçando os sólidos para as paredes, que depois são raspados e descartados no lado oposto à entrada da lama. 26 1.6.7.3.7 Misturadores Servem para homogeneizar a lama nos tanques. Podem ser de dois tipos: agitadores de fundo ou pistola de lama. Nos agitadores de fundo, um motor elétrico aciona um eixo vertical cuja extremidade inferior, acoplada a um conjunto de palhetas, fica submersa no tanque. No segundo, a pistola de lama é um tubo colocado na borda do tanque com um jato na extremidade. A lama é injetada através de uma bomba centrífuga para o tanque, provocando turbulência. 1.6.7.3.8 Funil de Mistura Está ligado ao compartimento do tanque de sucção e serve para adicionar aditivos em pó ao fluido de perfuração. Possui uma restrição ao fluxo bem abaixo da extremidade inferior, o que aumenta a turbulência na lama ao receber o material pelo funil, provocando a mistura. 27 CAPÍTULO II – METODOLOGIA DE ESTUDO Neste capítulo, abordaremos aspectos ligados directamente a método de pesquisa, técnicas de pesquisas, tipos de pesquisas, estratégia de investigação, caracterização do campo de investigação e dificuldades encontradas. 2.1 Métodos de Pesquisas No presente trabalho de investigação científica, definir ou evidenciar os métodos de pesquisas é importante, pois o grau de cientificidade dos resultados produzidos neste estudo é determinado pela forma da sua obtenção. O rigor na apresentação dos detalhes e procedimentos metodológicos adotados é importante, porque permite auferir um grau de confiança ao leitor, e demonstra que a pesquisa foi realizada com um sentido de profissionalismo e exatidão necessária para que se acredite nos resultados obtidos. Para o cumprimento dos objetivos específicos, utilizou-se um conjunto de métodos científicos entre os quais destacamos abaixo: ✓ Método dedutivo; ✓ Método histórico. 2.2 Técnicas de Pesquisas Para o presente trabalho utilizou-se a pesquisa qualitativa, fazendo o recurso de conteúdos bibliográficos como livros, artigos, teses e dissertações para a sua materialização. A estratégia adotada para o presente trabalho é o estudo de caso Bloco 17, poço DAL-765 (2020-2021). Para atingir aos objectivos propostos, o estudo abordou os seguintes tipos de pesquisa: O método de abordagem utilizado foi o dialéctico, pois, é um método de interpretação dinâmica e próxima da realidade. Quanto aos objectivos, a pesquisa classifica como do tipo exploratória, pois, sendo um tema pouco explorado, este trabalho visa proporcionar maiores informações sobre o assunto que se vai abordar. Quanto a abordagem do problema utilizou-se a pesquisa qualitativa e quantitativa, pois através das bibliografias e dados numéricos estudados pode-se analisar e interpretar os documentos referente a pesquisa. 28 2.3 Tipos de Pesquisas O nosso estudo foi realizado fazendo recurso aos seguintes tipos de pesquisas: ✓ Pesquisa Descritiva: partindo deste pressuposto, tendo em conta a natureza do nosso estudo, foi necessário o uso de pesquisa descritiva, pois ela busca usar as técnicas de colectas de dados padronizados, para além de não permitir a nossa interferência na interpretação dos resultados, limitando-nos apenas em estudar os factos registados, analisados e classificados. A outra razão do uso deste tipo de pesquisa é o facto de ter como característica a utilização de técnicas padronizadas para a colecta de dados, tais como, questionário e observação sistemática, assumindo a forma de levantamento. ✓ Pesquisa Explicativa: a pesquisa explicativa é considerada como a mais complexa e delicada. Apesar da sua complexidade e delicadeza, a obrigação do seu uso foi inevitável visto que ela busca explicar as causas, e nós buscamos também o mesmo objectivo. Nessa modalidade o pesquisador manipula e controla as variáveis, objectivando identificar efeito e causa sobre o fenómeno em estudo. ✓ Pesquisa Bibliográfica: o nosso estudo fez recurso aos materiais bibliográficos como livros, artigos, teses e dissertações para a sua materialização. De certa forma, pode se considerar que toda pesquisa é bibliográfica, pois faz recurso às publicações já existentes para fundamentar o trabalho de pesquisa e o nosso não foi alheio a esta realidade. É indispensável nos estudos históricos, visto que em alguns casos a bibliografia é a única maneira para conhecer os fatos (GIL, 2010). 2.4 Caracterização do Campo de Investigação A Bacia do Baixo Congo está constituída por vários blocos, entre eles o Bloco 17 onde se encontra o nosso objeto de estudo, o poço DAL-765 localizado no campo Dália. O campo dália está situado aproximadamente a 140km da província do Zaire, com uma lâmina de água que varia de 1250m à 1500m. O mesmo que foi descoberto em 1997, sendo produzido pela primeira vez em 2006 por uma FPSO que recebeu o nome do campo. Onde, por fontes confidenciais, foi revelado a existência de 44 poços, dentre eles 22 poços produtores conectados e 3 poços de injeção de gás. 29 2.4.1Amostra O nosso trabalho de investigação com tema sistema de circulação do fluído de perfuração, a sua pesquisa, para tal o uso da amostra torna-se uma ferramenta imprescindível. Na presente investigação o Bloco 17, poço DAL-765 (2020-2021) irá representaro objeto através da qual se pretende encontrar conclusões em relação ao modo de funcionamento do sistema de circulação do fluído de perfuração. Segundo (FREIXO, p. 174) definiu variável como qualquer característica da realidade que pode tomar dois ou mais valores mutuamente exclusivos. O presente trabalho apresenta consigo as seguintes variáveis: ✓ Independente: Sistema de circulação ✓ Dependente: Fluído de perfuração 2.5 Técnicas e Métodos de Coletas de Dados A colecta de informações foi realizada com base as bibliografias e Internet. Almejando alcançar os objectivos da pesquisa, foi realizado ainda um levantamento nas fontes primárias e secundárias de dados, selecionando livros, jornais, monografias sobre o tema, artigos, consulta em website na internet ligados ao sistema de circulação do fluído de perfuração para a colecta e tratamento dos dados qualitativos. 2.6 Dificuldades Encontradas Foram inúmeras dificuldades encontradas na elaboração desta monografia: Quanto a bibliografia, encontramos dificuldades em ter acesso a determinados livros, revistas e jornais, de forma que por vezes tivemos de recorrer a bibliotecas electrónicas (internet), acarretando avultosos custos; ✓ Ao iniciar o trabalho de pesquisa em várias instituições públicas e privadas, tivemos enormes dificuldades devido ao excesso de formalidades por parte dos superiores hierárquicos das mesmas instituições. ✓ Desconfiança por parte dos superiores hierárquicos das instituições que a pesquisa resultasse na violação do sigilo profissional, e assim fosse divulgar nos órgãos de divulgação massiva a situação das referidas instituições. 30 CAPÍTULO III – ANÁLISE E DISCUSSÃO Neste capítulo, apresentamos uma análise relativamente a temática ligada ao Sistema de Circulação do fluido de perfuração tendo como estudo de caso o poço DAL-765, localizado no campo Dália. Dando assim sustentabilidade as hipóteses apresentadas sobre a importância de se perfurar em overbalance e do controle do parâmetro de filtração, tendo em conta as propriedades da formação perfurada. O campo Dália localiza-se a 130km da costa angolana, fazendo parte do bloco 17 operado pela Total. O poço DAL-765 foi perfurado em uma lâmina de água de 1220-1225m e possuí uma profundidade total de 1280m (do leito marinho até ao reservatório). Figura 3. Localização do poço DAL-765. Fonte. (Confidencial) 31 O campo Dália é constituído de um grupo rochas areníticas do período Quaternário e posteriormente por rochas areníticas e argilosas da época do Mioceno, com 230km² e 1300m de profundidade. Figura 4. Coluna Lito-estratigráfica do Campo Dália. Fonte. (Confidencial) 32 Tendo em conta as características lito-estratigráficas do campo Dália no bloco 17, foi feita uma composição estimada da lama a ser usada para proporcionar segurança e estabilidade durante a perfuração do poço DAL-765, sendo que o parâmetro de filtração foi um dos fatores que teve de ser bastante controlado devido às características da formação a ser perfurada e para tornar viável a operação de perfuração em overbalance. Figura 5. Composição estimada para lama. Fonte. (Confidencial) 33 Após as análises realizadas sobre o nosso objeto de estudo, podemos afirmar que: Perfurar poços de petróleo na condição de overbalance, a pressão hidrostática é exercida sobre as formações permeáveis, sendo necessário que haja um controle rígido dessa pressão. Ela deve ser sempre superior que a pressão da formação, a fim de evitar a desestabilização das paredes e não deixar que entre fluídos da formação para o poço. No entanto, se a pressão da formação for mais elevada que a pressão hidrostática, uma parte do fluído presente no interior dela entra no poço, este fenômeno se chama Kick e é um aviso da possibilidade de ocorrência de um possível Blowout, que pode acarretar vários danos à coluna de perfuração, como tornar inviável a implementação de sistemas de segurança. Figura 6. Ilustração da perfuração em condição de overbalance. Fonte. (Drill Ahead of The Bit, 2017) 34 Contudo, não há sucesso perfurar na condição de overbalance quando o fluido não é compatível com as propriedades da formação. Portanto, o condicionamento do fluido de perfuração é fundamental. O fluído deve preservar a pressão sobre as paredes do poço, então parte da fase líquida deste fluído se infiltra na formação e mesmo fluido deve conter sólidos com tamanhos suficientes para obstruir os poros das rochas expostas pela perfuração, formando uma camada fina e impenetrável, denominada reboco (Mud Cake), esta camada impede que fluídos presentes na formação entrem no poço e vice-versa, podendo desestabilizar o mesmo. E também, mantém controlada a quantidade do filtrado na formação. Figura 7. Ilustração do processo de formação de reboco. Fonte. (MEDEIROS, 2010) 35 CONCLUSÃO O estudo realizado sobre o sistema de circulação no presente trabalho, tendeu explicar o seu modo de funcionamento, seus equipamentos e sua importância durante toda operação de perfuração. Foi analisado o fluído de perfuração, seu percurso e sua importância, observando assim as aplicações do sistema de circulação na indústria petrolífera. Logo, o trabalho possui conteúdo que possa contribuir para o meio académico, na capacitação de futuros engenheiros e na elaboração de futuros trabalhos. Contudo, podemos concluir que, a circulação do fluido de perfuração é de grande importância durante toda operação de perfuração e é fundamental o condicionamento do fluído com base nas informações da formação, para que se operem com êxito a condição de overbalance e o parâmetro de filtração, de modo a evitar problemas durante a perfuração, mantendo assim a estabilidade e a segurança do poço. 36 SUGESTÕES Durante o nosso trabalho sobre o Sistema de circulação do fluido de perfuração notamos alguns aspectos voltados nele que no futuro deve ser tido em conta, tais como: ✓ Que se realize um estudo ligado às propriedades dos fluidos de perfuração; ✓ Que se desenvolva um estudo sobre a influência da pressão hidrostática nas operações de perfuração; ✓ Que se estude a influência que as propriedades da formação têm na escolha do fluido de perfuração. 37 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVES, P. Fluidos de Perfuração: Texto II – Perfuração de Poços. [S.l.]: [s.n.], 2020. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Introduction to Oil and Gas Production. Washington D.C: Information Handling Services, 2005. Exploration and Production Department. BRICE, W. Solids Control Introduction and Theory. [S.l.]: [s.n.], 2006. Disponivel em: <http://www.welldrilling.com/Solids_Control.htm>. Acesso em: 21 Fevereiro 2021. CHIPINDU, N. Pós Análise em Problemas de Perfuração de Poços Marítimos de Desenvolvimento. São Paulo: [s.n.], 2010. Universidade Estadual de Campinas - Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências. CORRÊA, O. Petróleo - Noções sobre Exploração, Perfuração, Produção e Microbiologia. Rio de Janeiro: Interciência, 2012. Drill Ahead of The Bit. PETROLINK, 2017. Disponivel em: <https://www.petrolink.com/drill-ahead-of-the-bit/>. Acesso em: 14 Março 2021. EKOMERI; KOSUNSOLIDSCONTROL. Drilling Mud Solids Control Circulation System, 16 Novembro 2015. Disponivel em: <http://ekomeri.com/drilling-mud-solids-control- circulation/>. Acesso em: 20 Março 2021. FREIXO. Metodologia Científica: Fundamentos, Métodos e Técnicas. [S.l.]: [s.n.]. GIL. Fundamento de Investigação Cientifíca. [S.l.]: [s.n.], 2010. GOMES et al. O Universo da Indústria Petrolífera. 3ª. ed. Brasil: [s.n.], 2012. 647 p. Fundação Calouste Gulbenkian. MEDEIROS. Escoamento Radial da Invasão de Fluido no Meio Poroso Saturado por Óleo: Modelagem Matemática e Simulação. Campinas: [s.n.], 2010. Disponivel em:
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