Aula5_Métodos de controle - Controle

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Engenharia de Petróleo – Controle de Poços – Eduardo Monteiro
Métodos de ControleMétodos de Controle
 
Engenharia de Petróleo – Controle de Poços – Eduardo Monteiro
Métodos de Controle de Poço
→ Objetivo: remover o fluido invasor e restabelecer o controle primário do 
poço (hidrostático) através da adequação do peso da lama.
→ Durante a circulação do kick, deve-se atentar para os limites de pressão 
máxima evitando a fratura da sapata ou dano aos equipamentos e mínimo 
evitando um novo influxo.
→ Os métodos se baseiam na manutenção da pressão no fundo do poço 
constante.
→ Quando a coluna está abaixo do kick podem ser adotados os métodos do 
sondador ou engenheiro. Quando a coluna está acima do kick (ou fora do 
poço) deve ser adotado o método volumétrico.
Engenharia de Petróleo – Controle de Poços – Eduardo Monteiro
6.1) Método do Sondador
→ Neste método, são realizadas duas circulações. 
→ Na primeira o fluido invasor é expulso do poço circulando lama antiga. 
Observe que durante esta circulação, o poço está sendo amortecido pelas 
perdas de carga no sistema uma vez que o peso da lama ainda é o mesmo 
que tomou o kick.
→ Na segunda circulação, a lama do poço é substituída pela lama de matar 
que tem seu peso ajustado para amortecer o poço.
→ É o método usualmente adotado pela Petrobras pela sua maior 
simplicidade de acompanhamento e pela possibilidade de iniciar o controle 
do kick imediatamente após determinação de SICP e SIDPP uma vez que a 
primeira circulação utiliza a mesma lama já no sistema. 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ Em sondas flutuantes, o método pode ser resumido pela sequencia abaixo:
1) Iniciar a circulação entrando com bomba gradualmente até a vazão 
reduzida de circulação. A pressão de bombeio com isso deve ser levada de 
SIDPP a PIC. Simultaneamente, o choke deve ser aberto gradualmente a fim 
de manter SICP no manômetro da linha de matar ou SICP – Δpcl no 
manômetro da linha de choke.
2) Circular o kick (Primeira circulação) mantendo sempre uma pressão 
igual (ou superior) à PIC no bengala. Observar que durante esta circulação, 
quando o gás entrar na linha de choke, a pressão no manometro desta linha 
subirá rapidamente enquanto a pressão no manômetro da linha de matar 
cairá. Isso ocorre pois a capacidade da linha de choke é inferior à capacidade 
da anular revestimento, logo a coluna hidrostática de gás aumenta 
rapidamente. Com isso, a pressão (perda de carga) no choke deve ser elevada 
a fim de manter a pressão no fundo constante (maior coluna de gás → menor 
hidrostática entre a superfície e o fundo).
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
3) Ao término da primeira circulação (circulado um volume de anular mais 
interior da linha de choke), a bomba é desligada mantendo SIDPP no bengala 
(lembrar que ainda estamos com lama antiga no poço). As pressões no choke 
 e kill também são iguais a SIDPP uma vez que já não há mais fluido invasor 
no anular.
4) Iniciar a circulação da lama de matar (Segunda Circulação) mantendo uma 
pressão igual a SIDPP no manômetro da linha de matar. A pressão no bengala 
caíra de PIC para PFC1 quando a lama de matar atingir a broca. 
5) Prosseguir a substituição do fluido no poço mantendo PFC1 no bengala 
através da abertura gradual do choke. Observe que neste instante, estamos 
aumentando a hidrostática no anular, logo a perda de carga no choke deve 
ser reduzida (abertura do choke) a fim de manter a pressão no fundo 
constante. Quando o choke estiver totalmente aberto, não será mais possível 
“segurar” o aumento da pressão de bombeio que subirá de PFC1 para PFC2 . 
Este momento é chamado de ponto de equilíbrio dinâmico. 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
6) Interromper a circulação quando toda a lama tiver sido substituída. Neste 
momento as pressões no bengala e choke deverão ser nulas.
7) Aplicar um procedimento de remoção de gás abaixo do BOP
. O espaço entre a saída da linha de choke e a gaveta fechada poderá conter gás 
que se acumulou abaixo da gaveta. Para remover este gás deve-se circular fluido pela 
linha de kill com retorno pela linha de choke à alta vazão (o turbilhonamento causado 
pela alta vazão é que irá remover o gás). Para que esta circulação a alta vazão possa ser 
feita, porém, deve-se fechar também a gaveta inferior do BOP para evitar que a 
formação “enxergue” a perda de carga causada pela alta vazão, o que poderia fraturar a 
sapata.
8) Substituir a lama do riser.
9) Abrir o BOP.
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Primeira Circulação
Início da primeira circulação (1): a pressão de bombeio é levada de 
SIDPP para PIC e a pressão no manômetro da choke cai de SICP para SICP - 
ΔPcl 
 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Primeira Circulação
As pressões na kill, choke e sapata aumentam enquanto o gás sobe em 
poço aberto. A pressão no bengala, por sua vez, é mantida em PIC através do 
fechamento gradual do choke. Ao passar pelos comandos (entre 2 e 3), as 
pressões caem em função do aumento da área de fluxo (redução na coluna de 
gás). 
 
Métodos de Controle de Poço
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6.1)Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Primeira Circulação
As pressões continuam subindo. Quando o topo do gás atinge a sapata 
(4), a pressão na sapata cai até que a base do gás passe pela sapata (5). A 
partir deste momento, a pressão na sapata permanece constante. As 
pressões nos manometros da choke e kill continuam a subir (entre 5 e 6).
 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Primeira Circulação
Quando o topo do gás atinge o BOP (6), a pressão na linha de kill 
começa a cair. No manômetro da choke, a pressão sobe de forma mais 
acentuada (entre 6 e 7) pois o gás se expande mais rapidamente devido à 
menor capacidade da linha de choke. 
 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Primeira Circulação
O gás chega à superfície (7) e a pressão na linha de choke começa a cair 
à medida que o gás vai sendo expulso do poço. Quando a base do gás atinge 
o BOP (8), esta queda é mais acentuada até que todo o gás seja expulso (9). 
No manometro da kill, a pressão fica estável quando a base do gás atinge o 
BOP.
 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Primeira Circulação
Ao término da primeira circulação (10), a bomba é desligada 
simultaneamente ao fechamento do choke de forma a manter SIDPP nos 
manômetros do bengala, kill e choke após o desligamento da bomba (11).
 
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Segunda Circulação
A pressão de bombeio cai de PIC para PFC1 enquanto a lama nova é 
deslocada no interior da coluna até atingir a broca (2). O choke então é aberto 
gradualmente, para compensar o aumento da hidrostática no anular e manter 
PFC1 no bengala. A pressão na sapata cai até que a lama nova atinja a sapata 
(3).
 
SIDPP
PIC
SAPATA
BENGALA
KILL
CHOKE
1 2 3 4 5 6
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES: Segunda Circulação
Quando a lama nova atinge o BOP (4), a pressão nalinha de kill se 
estabiliza e a pressão na linha de choke cai mais rápido devido à menor 
capacidade da linha em relação ao anular do revestimento.
 
SIDPP
PIC
SAPATA
BENGALA
KILL
CHOKE
1 2 3 4 5 6
Métodos de Controle de Poço
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6.1) Método do Sondador:
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES:
O choke continua sendo aberto a fim de manter PFC1 no bengala, mas 
chega um momento em que ele já está totalmente aberto. É o que chamamos 
de ponto de equilíbrio dinâmico (5). A partir deste momento, as pressões 
sobem até PFC2, quando a lama nova chegar na superfície (6)
 
SIDPP
PIC
SAPATA
BENGALA
KILL
CHOKE
1 2 3 4 5 6
Métodos de Controle de Poço
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6.2) Método do Engenheiro
→ No método do engenheiro, o fluido invasor é expulso na mesma circulação 
em que a lama antiga é substituída pela lama de matar.
→ Neste método, o choke é manipulado de forma que a pressão de bombeio 
caia de PIC para PFC1 enquanto a lama de matar é deslocada no interior da 
coluna até a broca. A pressão é mantida em PFC1 até o ponto de equilíbrio 
dinâmico quando então sobe para PFC2 quando a lama de matar chegar à 
superfície.
→ O método do engenheiro tem como desvantagem a necessidade de 
aguardar o adensamento da lama antes de iniciar a circulação do kick.
→ Por outro lado, as pressões geradas na sapata durante a circulação podem 
ser menores do que no método do sondador se a lama de matar atingir a 
broca antes do gás chegar à sapata.
 
Métodos de Controle de Poço
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6.2) Método do Engenheiro
→ COMPORTAMENTO DE PRESSÕES:
 
PIC
PFC1
PFC2
Lama de matar 
na broca
Equilíbrio 
dinâmico
Métodos de Controle de Poço
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6.3) Métodos Volumétricos:
→ Nos métodos volumétricos, a pressão no fundo é mantida constante num 
valor igual à pressão da formação somada a uma margem de segurança.
→ Nestes métodos como não é possível circular pela coluna, o fluido invasor 
é expulso através da sua migração. Esta migração e expansão do gás é feita 
de forma controlada.
→ O método volumétrico pode ser estático ou dinâmico.
 
Métodos de Controle de Poço
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6.3) Métodos Volumétricos:
6.3.1) Volumétrico Estático
→ Na primeira fase do método (migração do gás), permite-se a migração do 
gás até a superfície controlando sua expansão de forma a manter a pressão 
no fundo constante. 
→ São feitos ciclos de expansão-migração. Durante a migração a pressão 
no fundo sobe um valor pre-determinado (por exemplo 50 psi) o que é 
monitorado pela pressão no choke. 
→ Em seguida, drena-se no choke um volume de fluido correspondente a 
esse aumento de pressão. Com isso a pressão retorna ao patamar anterior e 
o ciclo pode ser repetido. 
→ Este processo é repetido até que o gás chegue à superfície.
→ Durante esta fase a pressão no choke aumenta gradualmente enquanto a 
pressão no fundo é mantida “ constante”, oscilando entre 100 (margem de 
segurança ) e 150 psi (margem operacional) acima da pressão da formação.
Métodos de Controle de Poço
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6.3) Métodos Volumétricos:
6.3.1) Volumétrico Estático
→ Comportamento de pressão no fundo durante a migração do gás:
→ A pressão no choke, por sua vez, sobe em steps (subindo enquanto o gás 
migra com o poço fechado e se mantendo estável enquanto lama é drenada)
Pressão 
no fundo
Pressão da 
Formação
Margem Operacional 
(50 psi)
Margem de segurança 
(100 psi)
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6.3) Métodos Volumétricos:
6.3.1) Volumétrico Estático
→ Na segunda fase do método (expulsão do gás) a lama de matar é injetada 
no poço através da linha de matar. Isso também é feito em ciclos. 
→ O volume de lama injetado em cada ciclo é calculado a fim de gerar um 
aumento de pressão controlado no choke (e consequentemente no fundo do 
poço). 
→ Em seguida, aguarda-se pela segregação deste fluido (cerca de 3 min por 
cada barril injetado).
→ Após a segregação, drena-se no choke uma pressão correspondente ao 
fluido injetado retornando a pressão no fundo ao original.
→ O processo é repetido até que todo o gás seja expulso e substituído pela 
lama de matar.
→ Durante esta fase a pressão no choke decresce ao longo do tempo.
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6.3) Métodos Volumétricos:
6.3.1) Volumétrico Estático
→ Comportamento de pressão no choke durante a produção do gás:
→ A pressão no fundo, por sua vez, se mantém “constante”, oscilando entre 
a margem operacional e margem de segurança.
Pressão 
no choke
Tempo
Segregação
Injeção
Segunda fase
Dreno
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6.3) Métodos Volumétricos:
6.3.2) Volumétrico Dinâmico
→ O método volumétrico dinâmico é utilizado em lâminas d'água profundas 
devido ao risco de hidratação da linha de choke durante a migração do gás.
→ No método dinâmico, o fluido original é circulado pela linha de matar com 
retorno pela linha de choke enquanto o gás migra para superfície.
→ A migração do gás é controlada pelo volume de fluido ganho nos tanques 
durante esta circulação.
→ A pressão de bombeio aumenta gradualmente a medida que o gás migra 
(expande) e reduz gradualmente a medida que o gás vai sendo expulso.
→ O controle da expansão do gás é feita através do acompanhamento do 
comportamento da pressão em função do volume ganho nos tanques.
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6.3) Métodos Volumétricos:
6.3.2) Volumétrico Dinâmico
→ Comportamento de pressões: A curva abaixo é traçada e durante o choke 
passa a ser controlado de forma a gerar a pressão de bombeio indicada pelo 
gráfico em função do volume ganho (durante a migração) ou perdido (durante 
a expulsão) nos tanques.
Pressão 
de 
bombeio
Volume ganho nos tanques
SICP
Ginicial
Δpcl + 100 psi
Migração
Expulsão
α: redução na hidrostática devido 
ao dreno de 1 bbl
Métodos de Controle de Poço
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6.3) Métodos Volumétricos:
→ Alternativamente à aplicação de um método volumétrico quando a coluna 
estiver fora do fundo, pode-se optar por descer a coluna até o fundo para que 
o poço seja controlado pelo método do sondador. 
→ Neste caso, esta descida de coluna deve ser feita com o BOP fechado 
numa operação chamada de stripping. Nesta operação, a pressão de 
fechamento do anular é reduzida para permitir a passagem da coluna (e dos 
tooljoints) pelo anular fechado.
→ A opção pelo stripping em detrimento aos métodos volumétricos depende 
muito da confiabilidade dos BOPs anulares da sonda, da extensão de coluna 
a ser movimentada e da qualificação das equipes envolvidas.
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Exercícios
1) Para as situações abaixo, indique e justifique qual o método de controle a ser 
adotado:
. kick durante a perfuração, sendo que a sapata tem alto gradiente de fratura.
. kick durante a perfuração, sendo que a sapata tem baixo gradiente de fratura e o 
volume do interior da coluna é inferior ao volume do anular poço aberto.
. kick durante a perfuração, sendo que a sapata tem baixo gradiente de fratura e o 
volume do interior da coluna é superior ao volume do anular poço aberto.
. kick durante a manobra devido ao pistoneio que só foi percebido quando a broca 
já estava em superfície. O poço é offshore de águas profundas, tem 6000 m de 
profundidade e o último teste de BOP indicou falha em um dos BOPs anulares.
. kick durante a manobra devido ao pistoneio que só foi percebido quando a broca 
estavaa 100 m do fundo.
. kick durante a manobra devido ao pistoneio que só foi percebido quando a broca 
já estava em superfície. O poço é onshore, tem 3000 m de profundidade e o último teste 
de BOP indicou falha no BOP anular.
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Exercícios
2) Compare os métodos do sondador e engenheiro em termos de vantagens e 
desvantagens. 
3) Entenda o comportamento de pressões (ponto a ponto!) durante as primeira e 
segunda circulações do método do sondador. Em que momentos o choke está aberto ou 
fechado?
4) Que alteração ocorreria no gráfico caso a base do gás chegasse ao BOP antes que o 
topo do gás tivesse chegado à superfície.
5) Na segunda circulação, porque a pressão de bombeio cai enquanto a lama nova é 
deslocada pelo interior da coluna. Considere que você não está mexendo no choke.
6) Explique o ponto de equilíbrio dinâmico?
7) Por que kill e choke apresentam a mesma leitura ao final da primeira circulação?
8) Porque a leitura na kill é inferior a SIDPP ao final da segunda circulação?
9) Em que momentos o risco de fratura da sapata é mais crítico devido à manipulação 
incorreta do choke? E em que momentos o risco de tomar outro kick é mais crítico pelo 
mesmo motivo? 
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Exercícios
10) O operador do choke se descontrolou e a pressão no bengala caiu um pouco abaixo 
de PIC. Ocorreu outro kick?
11)Projete o primeiro ciclo de migração do gás através do método volumétrico estático 
considerando os dados abaixo:
. Capacidade do poço: 0,23 bbl por metro
. Peso da lama: 10 ppg
. SICP: 450 psi
. Volume ganho: 20 bbl
. Profundidade do poço: 3000 m.
12) Caso sejam injetados 7 bbl de lama 14 ppg durante a fase de produção de gás no 
método estático num poço onshore (0,23 bbl/m), em quanto a pressão no choke deve 
ser drenada após a segregação da lama em cada step?
13) Esquematize o comportamento de pressões no choke durante a migração do gás e 
no fundo durante a produção do gás na aplicação do método volumétrico estático.
14) Trace o gráfico de acompanhamento do método dinâmico, caso este fosse aplicado 
no exemplo 11.
15) Só pra garantir, explique de novo as curvas de comportamento de pressões dos 
métodos do sondador, engenheiro e volumétrico. Uma delas vai cair...
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