apostila perfuracao direcional

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PERFURAÇÃO DIRECIONAL João Carlos Ribeiro Plácido

Author: josemimayta

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Resumo da perfuracao direccional de pocos

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  • PERFURAO DIRECIONAL

    Joo Carlos Ribeiro Plcido

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    PERFURAO DIRECIONAL

    Joo Carlos Ribeiro Plcido

    Rio de Janeiro, Brasil

    Ano 2009

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    PERFURAO DIRECIONAL

    Observao:

    Esta apostila foi totalmente baseada no livro Perfurao Direcional de autoria de Luiz Alberto Santos Rocha et all, Editora Intercincia, Segunda Edio, 2008.

    A maioria dos textos, figuras e tabelas foram extradas do livro.

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    1. INTRODUO PERFURAO DIRECIONAL

    1.1. Aplicaes de Poos Direcionais

    Perfurao direcional uma tcnica utilizada para se atingir objetivos que no esto localizados abaixo da locao da sonda, ou seja, os objetivos esto localizados em coordenadas diferentes daquelas da cabea de poo.

    Muitas vezes a tcnica de perfurao direcional usada para manter a

    verticalidade de poos em funo da acentuada inclinao das camadas dos sedimentos. Algumas formaes tambm apresentam forte tendncia de desvios, que pode ser controlada com estas tcnicas de perfurao direcional.

    uma da tcnica ligada indstria petrolfera que mais evoluiu nos

    ltimos anos.

    1.1.1. Poos direcionais usados para atingir alvos de difcil acesso

    Em algumas situaes os objetivos so de difcil acesso. Nestes casos utilizam-se os poos direcionais para atingir estes alvos. As figuras a seguir apresentam algumas destas situaes.

    Figura Sonda em terra e objetivo no mar

    Figura Alvo em rea urbana

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    Figura - Sonda no mar, alvo em rea inspita

    Figura - Alvo em rea montanhosa

    1.1.2. Sidetrack

    Tcnica tpica da perfurao direcional, em que se faz um desvio a partir de um poo j perfurado.

    Recorre-se a esta tcnica, para se desviar de peixes, reperfurar poos

    perdidos e tambm para aproveitar um trecho de poo em que no se conseguiu atingir o alvo na primeira perfurao.

    1.1.3 - Poos direcionais para explorao

    Poos perfurados para obter informaes de uma rea ainda no conhecida.

    Um exemplo o caso de um poo que no atingiu a formao desejada.

    Com base em novas interpretaes da ssmica, a seo mais profunda do poo

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    abandonada e faz-se um desvio (sidetrack) para alcanar um outro objetivo, minimizando assim os custos, pois aproveita-se a cabea de poo, os revestimentos, o fluido de perfurao, as brocas, etc.

    1.1.4 - Poos direcionais perfurados a partir de uma plataforma nica

    Esta tcnica tem sido muito freqente. Como exemplo, tem-se os clusters (conjuntos de guias) ou template. Neste caso otimiza-se as linhas de produo. A perfurao dos poos direcionais pode ocorrer simultaneamente fabricao da plataforma final de produo.

    Figura Poos direcionais partindo de um template

    1.1.5 - Poos para explorao de novas reservas

    As vezes utiliza-se clusters ou plataformas fixas para explorar, delimitar

    ou at mesmo investigar reservatrios adjacentes.

    Figura Poos partindo de uma mesma plataforma fixa

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    1.1.6 - Poos em reas urbanas e de proteo ambiental

    Poo agrupados em cluster dentro de um prdio, com vista a evitar a poluio auditiva do ambiente causada pelos motores da sonda. Poos agrupados em cluster (em uma ilha por exemplo) para atingir um alvo abaixo de uma cidade.

    1.1.7 - Poos em zonas fraturadas e em reas de domos salinos

    Poos direcionais em zonas fraturadas com objetivo de conectar fraturas. Esta alternativa para retardar a produo de gua o que implica melhorar a produtividade do leo.

    Figura Fraturas conectadas por poo direcional

    A perfurao atravs de um domo salino pode comprometer a

    estabilidade do poo devido ao efeito da fluncia, que faz com que a formao se movimente fazendo com que o dimetro do poo sofra uma reduo. Dependendo da taxa de fluncia, um tempo normal de manobra pode ser suficiente para que a nova broca no consiga mais passar pelo intervalo j perfurado.

    Figura Perfurao de domo salino

  • 8

    1.1.8 - Poos para controle de blowout

    Tambm chamados poos de alvio, as vezes a nica forma para se controlar um blowout. Uma vez que o poo atinge o poo em blowout, um fluido de peso especfico e com propriedades apropriadas injetado para controlar a erupo.

    Figura Poo de alvio

    1.1.9 - Poos multilaterais e horizontais

    Os poos multilaterais so pernas ou ramos perfurados de um mesmo

    poo de origem ou poo-me. Os poos horizontais atingem inclinaes prximas de 90 e possibilitam

    a exposio de longos trechos do reservatrio aumentando a produtividade.

    Figura Poos multilaterais

  • 9

    Figura Poo horizontal 1.1.10 - Poo piloto

    um poo perfurado com o intuito de verificar o topo do reservatrio,

    contatos leo/gua e gs/leo, estratigrafia do reservatrio ou as profundidades das camadas de melhor permeabilidade.

    Figura Poo piloto inclinado

  • 10

    1.2. Definies Bsicas 1.2.1. Definies gerais a) Afastamento.

    a distncia horizontal em relao a linha que passa pelo objetivo

    (target). Cada profundidade ter um determinado afastamento em relao cabea do poo.

    b) Trajetria Direcional

    o caminho percorrido pela broca partindo da cabea do poo at atingir

    o objetivo( ou o final do poo).

    c) Profundidade Vertical e Profundidade medida A Profundidade Vertical (PV ou TVD ou True Vertical Depth) distncia

    vertical da mesa rotativa a um ponto. A Profundidade medida (PM ou MD ou Measured depth) a distncia

    percorrida pela broca para atingir a profundidade vertical.

    d) Objetivo, Alvo e Raio de Tolerncia O objetivo o ponto no espao que a trajetria deve atingir. Geralmente

    definido pelo gelogo ou engenheiro de reservatrio e pode ser um ponto em profundidade ou mesmo seo inteira de formao.

    O alvo a rea definida pelo raio de tolerncia, ou seja, uma rea ao

    redor do objetivo onde se considera que este ser atingido. O uso da raio de tolerncia uma maneira de compensar as vrias

    incertezas geolgicas e outras associadas perfurao. Para poos direcionais exploratrios, em geral, o raio fica em torno de 100 m; nos poos de desenvolvimento, pode variar de 5 a 50 m.

    e) Inclinao

    o ngulo entre o vetor local gravitacional e a tangente ao eixo do poo.

    Por conveno, 0 o ngulo para um poo vertical e 90, para um horizontal.

    f) Direo Base do Poo, Azimute e Rumo

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    A direo do poo o ngulo formado entre a projeo horizontal do poo e o norte geogrfico verdadeiro. Essa direo pode ser representada como Azimute ou como Rumo.

    O azimute varia de 0 a 360 medindo no sentido horrio a partir do

    norte geogrfico. O rumo varia de 0 a 90 usando como referncia os quadrantes NE, SE,

    SW, NW. A seguir so apresentadas as equaes para transformar a direo em

    quadrantes (Q) para Azimute (A) e vice versa. Noroeste (N Q W) ; Frmula: A = 360 Q Exemplo: N 10 W; A = 350 Nordeste (N Q E); Frmula: A = Q Exemplo: N 60 E; A = 60 Sudoeste (S Q W); Frmula:A = 180 + Q Exemplo:A= 180 + 60 ; A = 240 Sudeste (S Q E); Frmula: A = 180 Q Exemplo:S 60 E; A = 120

    g) Orientao da Tool Face definida pelo ngulo (?) formado pela face da ferramenta direcional e o

    lado alto (highside) do poo. Varia de 0 a 360, no sentido horrio, a partir do ponto highside.

    1.2.2 - Projees Horizontal e Vertical

    A projeo horizontal possibilita uma viso do topo do poo direcional.

    Usa-se esta projeo para visualizar e corrigir a direo durante a perfurao. A seo vertical permite observar a projeo vertical do poo. Os eixos

    so, respectivamente, a profundidade vertical (PV) e o afastamento horizontal em relao a um determinado azimute do plano de projeo.

    A vista em 3D a representao do poo no espao.

    1.2.3 Definies Especficas para Poos Direcionais a) KOP (kickoff point)

    o comeo da seo de ganho de ngulo (buildup section).

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    b) Estao e Inclinao do Poo a cada Estao

    Estao um ponto de medida de profundidade, inclinao do poo e direo do poo (azimute).

    c) ngulo mximo do trecho reto

    Ao final da seo de ganho ou perda de ngulo atinge-se um ngulo

    mximo que mantido constante no trecho reto.

    d) Buildup, Buildup rate e End-of-Buildup

    Buildup a seo onde acontece o ganho de ngulo, na qual a inclinao do poo a cada estao varia com a profundidade.

    Buildup Rate (BUR) quando na seo buildup ocorre uma taxa de

    ganho de ngulo constante, e expressa em graus/30 metros (ou graus/100 ps).

    End-of-Buildup (EOB) o final do buildup e ocorre quando o trecho reto

    atingido. A equao do Buildup Rate dado por: BUR=K(a1-a2)/(M1-M2)

    onde: K=30 para BUR em graus/30m ou 100 para BUR em graus/100 ps.

    a1 = inclinao do poo na estao 1 a2 = inclinao do poo na estao 2 M1= profundidade medida do poo na estao 1 M2= profundidade medida do poo na estao 2

    e) Seo Tangente ou Slant

    a seo onde a inclinao mantida at atingir o objetivo ou at que

    haja uma nova seo de ganho ou perda de ngulo.

    f) Incio do Drop off (perda de ngulo) Profundidade onde o poo comea a perder ngulo, caso necessrio.

    g) Seo de Drop off Trecho do poo onde ocorre perda de ngulo, expressa por um BUR

    negativo.

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    h) Dogleg () e Dogleg Severity (DLS) O Dogleg o ngulo no espao formado por dois vetores tangente

    trajetria do poo em dois pontos em considerao de dogleg. O DLS refere-se ao ngulo dividido pelo comprimento perfurado ou a ser perfurado.

    i) Raio de curvatura (R)

    Raio dos arcos de circunferncia usados nos clculos dos trechos de buildup e drop off.

    j) Giro da Broca ou Bit Walk

    Mudana da direo do poo como conseqncia da rotao coluna e da

    broca e normalmente ocorre para a direita.

    k) ngulo Guia ou Lead Angle ngulo entre a direo do objetivo e a direo para qual a face da

    ferramenta (Tool Face) est apontando no incio do intervalo de ganho de ngulo.

    1.3. Classificao de Poos Direcionais muito comum classificar os poos direcionais de forma a identificar-se

    o grau de severidade de cada um. As classificaes mais comuns so quanto ao raio de curvatura, ao

    afastamento e ao giro. 1.3.1 - Classificao quanto ao raio de curvatura

    Quanto ao raio de curvatura, os poos podem ser classificados como

    sendo de raio longo, intermedirio e curto. Conforme mencionado anteriormente, o Buildup Rate (BUR) indica qual o intervalo um poo dever ser perfurado para que haja uma variao de um grau na inclinao do poo.

    Como a variao da inclinao considerada constante ao longo deste

    trecho do poo, o resultado um arco de circulo com um determinado raio de curvatura R, que neste caso dado pela seguinte expresso:

    R = (360 / 2?) x (K / BUR)

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    Raios longos, cujos BUR variam de 2 a 4 graus/30m, so os mais comuns na indstria, pois so geralmente poos mais suaves

    Tabela 1.1. classificao da trajetria quanto ao raio

    1.3.2 - Classificao quanto ao afastamento do objetivo Quanto ao afastamento do objetivo, os poos podem ser classificados

    em: convencional, grande afastamento ou ERW (extended reach well) e afastamentos severos ou S - ERW (servere extended reach well).

    Esta classificao, apresentada na tabela a seguir, est relacionada com

    a razo entre o afastamento e a profundidade vertical (PV), descontando a lmina de gua (LA) para poos martimos.

    1.3.3 - Classificao quanto ao giro

    Quanto ao giro os poos podem ser classificados como aqueles que ficam em um nico plano (2D) ou os que cortam vrios planos (3D). Esses ltimos so conhecidos como designer well ou poo de projetista.

    Poos classificados como designer well podem ter grandes

    profundidades medidas e relativamente pequenos afastamentos.

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    Figura - Designer Well ou Poo de Projetista

    1.4. Sistemas de Referncia Coordenadas so elementos que servem para determinar a posio de

    um ponto em relao a um sistema de referncia, o que em termos de perfurao direcional significa saber a posio do poo a cada metro planejado e perfurado.

    As coordenadas geogrficas so provavelmente o tipo de representao

    mais familiar para a maioria das pessoas. Neste tipo de representao todos os pontos so localizados pelo

    cruzamento de duas linhas imaginrias, separadas em intervalos regulares e medidas em graus: latitude (ou paralelos) e longitude (ou meridianos).

    As latitudes ou paralelos so linhas paralelas ao equador, com distncias

    medidas em graus partindo do prprio equador, variando de 0 ate 90 norte e sul.

    A rotao da terra estabelece um eixo imaginrio, cuja interseco com a

    superfcie terrestre estabelece os dois plos. O meio do caminho entre os plos a linha do equador.

    As longitudes ou meridianos so linhas paralelas ao meridiano de

    Greenwich. Os meridianos so linhas imaginrias medidas em graus, partindo de Greenwich (0) at 180 para oeste e leste.

  • 16

    Meridiano de Greenwich o meridiano inicial ou zero, estabelecido em 1884 por acordo internacional, que tem como referncia o meridiano que passa pelo observatrio astronmico real ingls, na cidade de Greenwich, prxima a Londres na Inglaterra

    1.4.1 - Sistemas de referncias geodsicos

    As coordenadas referidas aos sistemas de referncia geodsicos so

    normalmente apresentadas em trs formas: (a) planas, (b) cartesianas e (c) geodsicas (ou elipsoidais).

    a) Sistema de coordenadas planas As coordenadas referidas a um determinado sistema de referncia

    geodsico podem ser representadas num plano atravs dos componentes norte (northing) e leste (easting) e so o tipo de coordenadas regularmente encontrado em mapas.

    Para representar as feies de uma superfcie curva em plana, so

    necessrias formulaes matemticas chamadas de mapas (ou mtodos) de projees. Diferentes projees podero ser utilizadas na confeco de mapas.

    Para se usar mapas de projeo, necessrio definir os chamados

    datums geodsicos. Vrios so os mtodos de projeo para transformar o globo terrestre

    em um plano: Projeo cnica, Projeo Transversa de Mercato, Projeo de Mercator Padro, Projeo Mercator Transverso (UTM Universal Transverse Mercator).

    Projeo cnica A projeo cnica de Lambert feita atravs da projeo em cone. Este

    mtodo usado nas regies de mdias latitudes, por exemplo, EUA, e as coordenadas so geralmente dadas em ps. O seu uso no entanto no comum na indstria do petrleo.

    Projeo Transversa de Mercator O mapa de projeo mais comum denominado Transversa de Mercator

    (TM). Neste tipo de projeo o globo terrestre envolvido em um cilindro para realizar as projees e dividido em dois tipos: padro e transverso.

  • 17

    Projeo de Mercator Padro

    Neste mtodo, um cilindro envolve o globo na linha do equador, o que

    ocasiona distores nos plos. No usada na indstria do petrleo.

    Projeo Mercator Transverso (UTM Universal Transverse Mercator) O mapa de projeo mais usado no mundo a Universal Transverse

    Mercator, mais conhecida como UTM. Neste mtodo, um cilindro envolve o globo no meridiano, minimizando as distores no plo.

    Este mtodo ir gerar as coordenadas UTM que so amplamente

    utilizadas na perfurao de poos. A sua restrio que no indicado para latitudes acima de 84 Norte e

    80 Sul, onde se utiliza o Universal Polar Sstereographic (UPS). Qualquer posio de um objeto em coordenadas UTM descrita atravs

    de trs elementos: (a) zona em que ela est, (b) easting e (c) northing. Easting uma medida de leste/oeste e corresponde grosseiramente a

    longitude. Northing uma medida norte/sul e corresponde grosseiramente a latitude.

    No caso do Northing (eixo Y) mede-se sempre a partir da linha do

    equador. Acima do equador inicia-se com zero metro e os valores aumentam na direo norte. Abaixo do equador inicia-se com 10.000.000 metros e os valores diminuem na direo sul.

    No caso do Easting (eixo X) o meridiano central corresponde ao valor de

    500.000 metros. No equador este valor fica em torno de 600.000 metros. O intervalo de valores do eixo X fica menor em direo aos plos.

  • 18

    Figura - Zonas da Projeo Mercator Transverso (Zonas UTM)

    b) Sistema de coordenadas cartesianas Um sistema de coordenadas cartesianas no espao 3D caracterizado

    por um conjunto de trs retas (x,y,z) denominados eixos coordenados mutuamente perpendiculares.

    A associao de um sistema cartesiano a um sistema de referncia

    geodsico recebe a denominao de sistema cartesiano geodsico. No sistema de coordenadas cartesianas o eixo X coincide com o plano

    equatorial, positivo na direo da longitude 0. O eixo Y coincide com o plano equatorial, positivo na direo norte. O eixo Z paralelo ao eixo de rotao da terra e positivo na direo norte. A origem est localizada no centro de massas da terra (geocentro), as coordenadas so denominadas de geocntricas, usualmente utilizadas no posicionamento de satlites.

  • 19

    Figura Coordenadas cartesianas geocntricas (x,y,z)

    c) Sistema de coordenadas geodsicas As definies de coordenadas geodsicas de um ponto qualquer P na

    superfcie do elipside so conforme: Latitude geodsica, Longitude geodsica e Altitude elipsoidal.

    A latitude geodsica o ngulo contado sobre o meridiano que passa

    pelo ponto P, compreendido entre a normal passante por P e o plano equatorial. A longitude geodsica o ngulo contado sobre o plano equatorial, compreendido entre o meridiano de Greenwich e o ponto P. Finalmente, a altitude elipsoidal corresponde a distncia de P a superfcie do elipsoide medida sobre a sua normal.

    Figura Coordenadas Geodsicas (Latitude e Longitude)

  • 20

    d) Sistema local de referncia

    Geralmente um sistema local de referencia tem a sua origem posicionada

    em um ponto j identificado em um dos sistemas de referencia descritos anteriormente, e chamados aqui sistemas de referncia oficiais. Um exemplo comum do sistema local de referncia quando se refere a posio dos poos ou aos objetivos com relao a coordenada central da plataforma.

    1.4.2 - Referencial Geodsico (Datum) Referencial geodsico tambm conhecido pelo termo datum geodsico,

    ou simplesmente datum, um conjunto de parmetros que definem o tamanho e a forma da terra, origem e a orientao do sistema de coordenadas usadas para mapear a prpria terra.

    Figura Aproximao da topografia da superfcie da terra por um

    modelo baseado num elipside. (Fonte:www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/datum/datum_f.html) Os data evoluram de formas esfricas para modelos elipsoidais

    derivados de anos de medies feitas por satlites. importante ter em mente que referenciar coordenadas geodsicas a

    um datum errado pode resultar erros de centenas de metros. Um dantum, geralmente consiste da definio de um elipside, da

    definio da relao deste elipside com a superfcie da terra, da definio da unidade de comprimento a ser usada, de um nome oficial, e da regio da superfcie da terra de onde se pretende fazer medies.

    Os estudos geodsicos mais recentes mostraram valores diferentes para

    elementos do elipside, medidos nos vrios pontos da terra. Isto faz com que cada regio deva adotar como referncia o elipside mais indicado.

  • 21

    2. PLANEJAMENTO DIRECIONAL Um planejamento fundamental para o sucesso do poo direcional,

    sobretudo para poos mais complicados. Um planejamento direcional envolve o estabelecimento da trajetria direcional, definio da coluna de perfurao adequada e pesquisa sobre as melhores prticas operacionais.

    A trajetria direcional, alm de atingir o objetivo, deve contemplar

    necessidades da equipe de gelogos e de perfurao. Anlise anticoliso importante em alguns casos.

    Para a definio da coluna de perfurao adequada necessrio uma

    simulao prvia de torque, drag e hidrulica, que podem indicar a possibilidade ou no de descer ou de girar a coluna de perfurao ou de assentar uma coluna de revestimento.

    Estudos de geopresses devem ser executados para uma escolha

    adequada do peso do fluido e posicionamento das sapatas. A equipe de planejamento deve ser multidisciplinar (gelogos,

    especialistas em reservatrio, perfurao, completao e produo). O planejamento deve ser suportado por estudos prvios. Lies aprendidas devem ser implementados em poos futuros. O objetivo deste captulo apresentar os dados bsicos para planejar a

    trajetria direcional e os principais aspectos que influem neste planejamento.

    2.1. DADOS BSICOS

    O primeiro passo no planejamento definir objetivos atravs de coordenadas planas (UTM) e usando sistemas locais.

    Os dados bsicos dependem do tipo de poo, ou seja, se este

    exploratrio ou de desenvolvimento.

    a) Relativos a poos exploratrios: Informao relativa a geologia da rea (litologia, presses, objetivos,

    riscos geolgicos e fluidos esperados). Trajetria direcional (Profundidade, Afastamento, Azimute do objetivo,

    Curvatura). Operaes a serem realizadas (testemunhagem, testes de formao,

    perfilagem, etc).

  • 22

    b) Relativos a poos de desenvolvimento: Espaamento entre os poos ou layout submarino. Informaes relevante de poos de correlao. Seo geolgica (formaes, fluidos, presses, contatos). Tipo de completao. Nmero total de poos.

    2.2. TIPOS DE TRAJETRIAS DIRECIONAIS Os poos direcionais apresentam vrios tipos de trajetrias. Os fatores

    que influenciam estas trajetrias so:

    Profundidade total do poo e afastamento. Limitaes de torque e arraste. Limitaes de limpeza de poo e presses no fundo do poo. Presenas de formaes rasas e inconsolidadas que dificultam o ganho

    de ngulo. Aspectos geolgicos (dips, falhas). Existncia de formaes instveis que limitam inclinao. Requisitos de reservatrios (profundidade de entrada, direo do

    objetivo). Existncia de reservatrios com muitas camadas que exigem poos

    inclinadas ao invs de horizontais. Operaes futuras a serem feitas nos poos (fraturamento, gravel

    packing, ...). Impossibilidade de fazer o peso da coluna chegar a broca em funo da

    complexidade da trajetria.

    Os tipos de trajetrias para poos direcionais so: Trajetria bidimensional (2D):

    Tipo I (Build-Hold) Tipo II (S) Tipo III

    Trajetria horizontall Trajetria tridimensional (3D ou designer well ou poo de projetista)

    2.2.1. Trajetria do Tipo I

    A seo vertical finalizada pelo KOP (kick off point). Existe uma seo

    de ganho de ngulo e um trecho tangente (slant) opcional. O KOP normalmente raso.

  • 23

    Figura Poo Tipo I

    2.2.2. Trajetria do Tipo II ou S A seo vertical terminada pelo KOP raso, seguida por uma seo de

    build up e um trecho tangente. Aps este ponto o poo inicia uma seo perda de ngulo chamada de drop off. Uma seo tangente final opcional.

    Normalmente este tipo aplicado para reduzir o ngulo final de entrada

    no reservatrio devido a limitaes dos objetivos. As desvantagens deste tipo de trajetria o risco de priso por chavetas,

    o aumento de torque e arraste e problemas para perfilar.

    Figura Poo Tipo II

  • 24

    2.2.3. Trajetria do Tipo III

    Esta trajetria parecida com a tipo I, no entanto o KOP mais profundo. Este tipo no apresenta o trecho tangente (slant).

    O KOP mais profundo permite que o trecho vertical seja aprofundado

    diminuindo o trabalho direcional, o que uma vantagem. No entanto traz algumas desvantagens. mais difcil atingir o ganho de ngulo inicial pois as formaes so normalmente mais duras e consolidadas, tornando difcil orientar a face da ferramenta (tool face) com motores de fundo. Em plataformas com vrias guias (slots) no permite um rpido distanciamento dos outros poos, aumentando o risco de coliso.

    Figura Poo Tipo III

    2.2.4. Trajetria do Tipo Horizontal

    Nesta trajetria o trecho final do poo horizontal e dentro do reservatrio acompanhando sua inclinao. Pode-se atingiir usando um ou dois trechos de ganho de ngulo (build up), os quais podem ser separados, ou no, por um trecho tangente (slant).

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    Figura Poo Horizontal 2.2.5. Trajetria do Tipo 3D ou Designer Well ou Poo de Projetista

    Este tipo ded trajetria caracterizado por uma mudana de direo (azimute) alm da variao da inclinao. Portanto, uma trajetria espacial.

    Aps definir o projeto preliminar 2D, a trajetria 3D pode ser projetada.

    O projeto 3D necessrio, pois a perfurao no ao longo do plano vertical que contm a locao o alvo. O giro da broca deve ser compensado no incio do desvio posicionando a tool face num certo ngulo a partir da direo do poo (ngulo guia). O ngulo guia tem sentido contrrio ao giro da broca e a metade da mudana de direo.

    2.3. Importantes aspectos relacionados ao planejamento direcional

    Visa listar alguns aspectos e problemas enfrentados pela perfurao direcional, sendo que alguns deles esto relacionados a poos mais complicados como ERW, Designer Wells ou perfurao direcional em guas profundas.

    Os principais aspectos que sero discutidos so:

    Especificao da sonda Trajetria do poo Fluido de perfurao Limpeza do poo ECD Geopresses

  • 26

    Controle do poo Torque, arraste e flambagem Revestimento Cimentao Perfilagem a cabo Completao Vibrao e desempenho Custos

    2.3.1. Especificao da sonda

    A seleo da sonda e seus equipamentos deve levar em conta vrios

    fatores que incluem:

    Capacidade de carga. Capacidade do sistema de circulao. Potncia dos geradores da sonda. Estado de conservao da coluna de perfurao. Manuteno rigorosa para evitar paradas da perfurao e acidentes. Espao para estocagem de materiais e acomodao de pessoal.

    2.3.2. Trajetria do poo

    A trajetria afeta todos os aspectos relevantes de um programa de poo,

    tais como:

    Equipamentos que sero usados na perfurao, no revestimento e na completao.

    Limpeza do poo. Torque e arraste. Dificuldade de manobra das colunas de perfurao, revestimento e

    completao. Opes de perfilagem.

    A trajetria deve ser analisada em termos de sua proximidade com poos

    adjacentes, ou seja, deve ser feita uma anlise anticoliso.

    Um exemplo de dificuldade causada pela trajetria associada rotao da coluna a formao de chavetas.

    2.3.3. Fluido de perfurao

  • 27

    Em qualquer tipo de poo o fluido de perfurao deve apresentar determinadas funes e caractersticas.

    As funes de um fluido de perfurao so:

    Limpar o fundo do poo e remover cascalhos. Manter controle dos fluidos contidos nas formaes. Estabilizar as paredes. Transmitir potncia hidrulica broca, turbinas e motores de fundo. Fornecer energia ao LWD, MWD, RSS, etc. No gerar dano ao reservatrio. No reagir com as formaes. Formar reboco fino e pouco permevel. Lubrificar a coluna de perfurao. Resfriar a broca e o restante do sistema. Permitir a transmisso das informaes at a superfcie. No interferir na perfilagem.

    As caractersticas de um fluido de perfurao so:

    Ter estabilidade qumica. Aceitar tratamentos qumicos e fsicos. Ser bombevel. No danificar as formaes. No ser corrosivo aos equipamentos. No oferecer risco a sade e ao ambiente.

    Alm das caractersticas acima, quando perfurando poos de geometria

    complexa como os horizontais, multilaterais e de grande afastamento, o fluido de perfurao deve apresentar as seguintes caractersticas: Boa tixotropia para garantir suspenso dos cascalhos nas paradas da

    bomba. Alta lubricidade para reduzir atrito. Baixa reatividade qumica para evitar inchamento ou desmoronamento.

    Os fluidos de perfurao no aquosos tm sido usados com sucesso

    devido apresentarem vantagens como boa reologia a temperaturas acima de 260C, serem mais efetivos corroso, ter alta lubricidade e permitirem peso especfico menor que 7,5 ppg.

    No entanto, os fluidos no aquosos apresentam como desvantagens um

    maior custo, maior impacto ambiental, comprometimento de leitura em alguns tipos de perfilagem e dificuldade para a deteco de kick de gs.

  • 28

    A indstria tem buscado alternativas com fluidos aquosos e novos lubrificantes (base glicol).

    No caso de fluidos no-aquosos busca-se composies ambientalmente

    amigveis (acetais e steres).

    2.2.4. Limpeza do poo

    Uma boa limpeza pode ser definida como aquela onde a distribuio de cascalhos e o leito formado ao longo do poo no causam problemas para a operao em andamento. Um poo limpo no precisa estar 100% livre dos cascalhos. Pode-se conviver sem problemas com leitos de cascalhos durante a perfurao e estes criarem restries durante a manobra.

    Em poos com inclinao entre 0 e 45 o carreamento funo

    viscosidade, limite de escoamento e da vazo. Em poos com inclinao entre 45 e 65 o carreamento funo

    viscosidade, limite de escoamento e da inclinao do poo. Existe uma formao de dunas que se move lentamente para a superfcie. Quando as bombas param existe uma tendncia de deslizamento que pode causar priso.

    Em poos com inclinao entre 65 e 90 os cascalhos formam um leito

    no fundo do poo. A agitao mecnica fundamental para mover os cascalhos. Nas paradas da bomba os cascalhos se sedimentam na parte baixa do poo causando maiores torque e arraste.

    Os pincipais fatores que afetam o transporte de cascalho so vazo de

    bombeio, rotao da coluna de perfurao e reologia do fluido de perfurao.

    2.3.5. ECD ( Equivalent Circulating Density) o peso equivalente de fluido de perfurao, que considera a presso

    devido as perdas de carga parasitas mais a hidrosttica do fluido. Deve-se considerar o ECD para verificar as presses no anular para evitar o influxo de fluidos (kick) e a fratura da sapata.

    2.3.6.Geopresses

    Refere-se ao gradientes de presso de poros, fratura e colapso que formam a base para a construo de qualquer poo (janela operacional).

  • 29

    Figura Janela operacional Em poos direcionais a coluna de perfurao sempre est em contato

    com a parte baixa do poo, o que aumenta a chance de priso quando perfura-se em modo orientado.

    A janela operacional diminui com a inclinao dos poos implicando em

    fluidos mais pesados para evitar o colapso. Portanto, deve-se cuidar com o aumento de risco de priso, colapso e

    fratura.

    2.3.7. Controle de poo O risco de ocorrer um kick aumenta em poos direcionais. Existe a possibilidade de ocorrer um swab durante a manobra devido a:

    presena de cascalhos na parte baixa do poo reduz rea de fluxo ao redor da broca.

    maior quantidade de manobras efetuadas em poos de grande afastamento. Kicks de gs so difceis de serem detectados em poos com alta

    inclinao (principalmente horizontais), pois o gs fica comprimido ao longo do trecho horizontal no apresentando um indcio claro na superfcie.

    O uso de fluidos no-aquosos em poos direcionais dificultam a deteco de um kick devido ao problema de solubilidade nestes fluidos.

    A vazo de lama para combater o kick em poos com alta inclinao

    geralmente no consegue deslocar totalmente os fluidos dentro do poo.

  • 30

    O tempo de preparo dos fluidos aumenta com o comprimento do poo dificultando o processo de adensamento de um fluido durante o combate ao kick.

    2.3.8. Torque, arraste e flambagem

    Limitaes devido torque, arraste e flambagem podem ocorrer tanto na fase de perfurao quanto na completao dos poo direcionais.

    As limitaes do torque dependem das operaes e dos equipamentos a

    serem utilizados no poo, tais como: Top drive Tubos e conexes de perfurao e de revestimento Telas de completao

    Pode ser necessrio o dimensionamento de top drivers mais potentes,

    tubos e conexes de alto torque, redutores de torque acoplados coluna de perfurao.

    O arraste aumenta com a inclinao do poo e normalmente se torna um

    problema nas operaes de retirada da coluna (pick up) em poos com grandes profundidades medidas ou com sondas de baixa capacidade.

    Na descida das colunas (slack off) o arraste pode limitar a transmisso

    de peso para a broca e a descida de revestimento. Durante a etapa de perfurao a coluna pode flambar dentro do poo

    dificultando sua descida e principalmente a transmisso de peso sobre a broca.

    2.3.9. REVESTIMENTO O dimensionamento da coluna de revestimento de poos direcionais

    segue os mesmos critrios utilizados nos poos verticais. A diferena fica por conta das maiores cargas axiais aplicadas aos poos

    direcionaise e no que tange flexo imposta pela curvatura. O tipo de conexo para poos direcionais funo das cargas de

    compresso que iro atuar no revestimento. As conexes API tendem a perder a capacidade de vedao. As conexes Premium so mais adequadas.

    Deve-se estar atento ao desgaste do revestimento gerado pela rotao

    da coluna de perfurao.

  • 31

    Recomenda-se revestir o trecho de ganho de ngulo imediatamente aps sua perfurao.

    2.3.10. Cimentao

    Para se obter uma boa cimentao preciso que, alm da centralizao do revestimento no poo:

    Os eventuais cascalhos depositados na parte baixa do poo direcional sejam removidos atravs da circulao de fluido de perfurao ou atravs de back reaming.

    O reboco formado pelo fluido de perfurao na parede do poo seja removido por ao mecnica ou por produtos qumicos no fluido de condicionamento do poo.

    Gire-se a coluna de revestimento para distribuir melhor a pasta ao redor do revestimento. A cimentao de poos horizontais e de grande afastamento mais

    complexa devido dificuldade de centralizao do revestimento, maior deposio de cascalhos, maior dificuldade de remoo do reboco e grande dificuldade de se girar o revestimento.

    O uso de fluidos de perfurao noaquosos para aumentar a lubricidade

    no favorece uma boa cimentao. Para isso os espaadores devem conter aditivos qumicos surfactantes para criar uma condio de molhabilidade gua do cimento e ficar um maior tempo exposto formao (o normal de 10 min).

    2.3.11. Perfilagem a cabo (wireline) e LWD

    A perfilagem no poo direcional pode ser a cabo ou com LWD. Perfilagem a cabo pode ser usada em inclinaes menores que 50. Caso

    contrrio usa-se a tcnica tool pusher, o qual utiliza o tubo de perfurao. Perfilagem em tempo real executada com LWD (Logging While

    Drilling). 2.3.12. Completao

    Algumas operaes de completao so afetadas diretamente pela trajetria, tais como: gravel packing e descida de tela.

    Doglegs maiores que 4,5/30m podem impedir a descida da tela.

  • 32

    A trajetria deve considerar o tipo de modelo de elevao e escoamento para evitar separao das fases.

    As bombas tipo BCS devem ser descidas nas sees tangente (slant)

    para evitar fadiga do eixo. Deve-se considerar futuras intervenes como: perfilagens de produo,

    mtodos de estimulao, operaes com coiled tubing, descidas de bombas e telas, abandono do poo.

    2.3.13. Vibrao Os trs tipos de esforos devido vibrao na coluna so os seguintes:

    Axial, Lateral e Toro. Estes efeitos combinados ou isolados podem causar falhas por fadiga, instabilidade das paredes e reduo da taxa de penetrao.

    Os modos mais freqentes de vibrao so: Torsional (Slip-stick) Axial (Bouncing) e Lateral (Whril)

    Em poos direcionais os problemas mais freqentes gerados pela

    vibrao esto associados ao efeito da vibrao lateral no BHA, danificando os instrumentos de navegao que possuem muitos componentes eletrnicos.

    2.3.14. Desempenho e custo

    Poos direcionais custam mais que um poo vertical devido ao custo

    relacionado ao tempo, custo dirio da sonda, custo dirio de aluguel de equipamentos adicionais e ao custo dirio de logstica.

    Os custos relacionados profundidade medida so devido ao

    comprimento dos revestimentos e quantidade de materiais (cimento, fluido, brocas, ...).

    Os custos randmicos so devido ao custo de pescarias e ao custo de

    controle de poo.

  • 33

    3. COLUNAS DE PERFURAO DIRECIONAL As maiores profundidades medidas e valores de torque e arrastes

    elevados so algumas caractersticas tpicas que diferenciam um poo direcional de um vertical.

    Enquanto os tubos de perfurao transmitem rotao e conduzem a

    lama, o BHA ditar a trajetria. O BHA deve considerar tendncias de ganho ou perda de inclinao, linha neutra, formao, inclinao, broca, parmetros de perfurao e dimetros de seus componentes.

    O incio de ganho de ngulo no KOP depende da tecnologia usada para

    forar a broca na direo desejada, que por sua vez depende da coluna de perfurao.

    3.1. Componentes bsicos da coluna de perfurao Os componentes bsicos da coluna de perfurao so os seguintes:

    Comandos (DC - drillcollars) Tubos pesados (HWDP - heavyweight drillpipes) Estabilizadores (STB) Motor de fundo Percussor de perfurao (drilling jar) Sub com vlvula flutuante (float sub) Brocas

    3.1.1. Comandos (DC drill collars)

    So elementos tubulares pesados e com grande rigidez usados

    principalmente para colocar peso sobre a broca. Podem ser de paredes externas lisas, em forma de espiral para evitar

    priso por diferencial de presso, no magnticos parta alojar sensores de direo, curtos para ajustar o espaamento entre estabilizadores para aumentar a possibilidade de combinaes de estabilizaes.

    3.1.2. HWDP Permitem a mudana gradual da rigidez da coluna. Podem ser usados

    para fornecer peso broca. So tubos que apresentam geralmente o mesmo dimetro externo dos

    drillpipes, porm com maior espessura de parede.

  • 34

    3.1.3. Estabilizadores

    So elementos tubulares de coluna de perfurao que apresentam as

    seguintes funes:

    Estabilizar o BHA. Controlar o desvio do poo. Manter os comandos no centro do poo e reduzir a vibrao lateral. Prevenir priso por diferencial de presso e desgaste dos comandos.

    3.1.4. Percussor de perfurao (drilling jar)

    Equipamento auxiliar da perfurao utilizado na coluna para facilitar a

    liberao da mesma em caso de priso. A energia do jar provm do efeito elstico, como o de uma mola, da

    coluna de perfurao, quando esta se alonga ou contrai. O jar pode ser mecnico ou hidrulico. Traciona-se ou comprime-se a coluna at liberar o mecanismo do jar que

    mantm o mandril interno preso. O impacto se d quando este mandril se movimenta e pra bruscamente.

    A energia transmitida por ondas de choque com a velocidade de

    propagao do som. Deve-se evitar posicionar o jar na linha neutra para evitar fadiga.

    3.1.5. Sub com vlvula flutuante (float sub) um sub que tem no seu interior uma vlvula que s permite o fluxo do

    fluido de perfurao de dentro da coluna para o anular. Usado para evitar que, em caso de desbalanceamento de presses entre

    anular e interior, haja um fluxo reverso que venha a entupir os jatos ou desalojar ferramentas especiais de registro de direcional (MWD por exemplo).

    3.1.6. Brocas

    um dos componentes mais importantes da coluna de perfurao, pois

    responsvel pelo corte da formao a ser perfurada.

  • 35

    escolhida em funo do tipo de formao a ser atravessada e da performance desejada.

    Em funo das suas partes cortantes podem ser: brocas de cones ou

    brocas com cortadores fixos. A limpeza do fundo do poo depende da perda de carga nos jatos, que

    funo da densidade do fluido, do TFA e da vazo. A potncia hidrulica no fundo funo da vazo e da perda de carga na

    broca. Para uma boa limpeza deve ser mantido da ordem de 2,5 a 4 hhp/pol2.

    3.2. Composies de colunas para perfurao utilizando componentes bsicos

    Existem vrios equipamentos comuns a todos os tipos de poos, verticais ou no. Em termos de perfurao direcional, as ferramentas bsicas para se compor um BHA so: HWDP, DC e STB.

    Tipos bsicos de composio de coluna utilizados na perfurao

    direcional: Composio para ganhar ngulo (princpio da alavanca ou efeito

    Fulcrum) Composio para manter ngulo (coluna empacada) Composio para perder ngulo (princpio do pndulo)

    3.2.1. Composio para ganhar ngulo (principio da alavanca ou efeito fulcrum)

    Baseia-se no efeito da alavanca promovido pelo estabilizador colocado bem prximo da broca (near bit stabilizer ou NBS), que empurra esta para o lado alto do poo medida que o peso do BHA curva gradualmente o comando adjacente.

    Os fatores que afetam a taxa de ganho de ngulo so:

    Peso sobre a broca Rotao da coluna Dimetro dos comandos Vazo

  • 36

    Figura Princpio da alavanca

    3.2.2. Composio para manter ngulo (coluna empacada) Consiste na idia de trs estabilizadores em seqncia depois da broca,

    separados por pequenas sees de comandos rgidos, que faro com que a coluna resista diante de uma curva, mantendo a tendncia retilnea do poo.

    Figura Coluna empacada

    3.2.3. Composio para perder ngulo (princpio do pndulo)

    Baseia-se no conceito do pndulo. A caracterstica principal do BHA para perder ngulo a no utilizao de estabilizador near-bit ou us-lo com dimetro abaixo do da broca (under gauge).

    Os fatores que afetam a taxa de perda de ngulo so:

    Distncia do estabilizador at a broca Parmetros de perfurao

  • 37

    Figura Princpio do pndulo

    3.3. Equipamentos especiais da perfurao direcional

    3.3.1. Motor de fundo (mud motor) Uma das ferramentas bsicas da perfurao direcional o motor de

    deslocamento positivo. O motor de fundo um motor hidrulico conectado logo acima da broca

    e movimentado pelo fluxo de fluido de perfurao que circula em seu interior. Tem como funo transmitir rotao e torque broca sem necessidade

    de girar a coluna de perfurao. Os principais componentes do motor de fundo so:

    Dump sub/dump valve Seo de potncia Unidade de transmisso Seo de rolamento

    O Dump sub/dump valve tem a funo de permitir a passagem de fluido

    para dentro do coluna de perfurao durante a descida e a drenagem deste mesmo fluido durante a retirada da coluna. Uma vez ligadas as bombas, uma mola pressionada pela presso do fluido fechando as passagens e permitindo que o fluxo se d por dentro do motor.

  • 38

    A seo de potncia do motor de fundo fornecida pelo conjunto rotor e estator descrito por Moineau (1932), que tem um funcionamento inverso da bomba de deslocamento positivo.

    Figura Seo de potncia do motor de fundo Na unidade de transmisso, o rotor, por ter a forma de uma hlice, tem

    movimento excntrico em relao ao eixo da coluna. Para transmitir esse giro excntrico broca faz-se uso de duas conexes articuladas (juntas universais) ou uma barra flexvel (barra de toro). Esta barra, normalmente fabricada de titnio, conectada base do rotor e absorve o movimento excntrico e alinha com o restante da ferramenta abaixo do motor.

    A seo de rolamento permite a transmisso de cargas axiais (peso

    sobre a broca) e cargas laterais provenientes da coluna de perfurao.

    3.3.2. Sistema steerable O sistema composto por motor de fundo e bent sub como ferramenta

    defletora e uma ferramenta de medio direcional no mais usado. Em seu lugar foi desenvolvido um sistema composto por um motor steerable e uma ferramenta de medio direcional contnua (MWD).

  • 39

    Figura Sistema Steerable A perfurao direcional feita com sistema steerable se divide em dois

    modos: Orientado e Rotativo O modo orientado a coluna de perfurao no girada para manter a face

    da ferramenta (tool face). A broca girada pelo motor de fundo. No modo rotativo a coluna girada e a rotao da broca a soma das rotaes da coluna e do motor de fundo.

    As vantagens do sistema steerable em relao perfurao com o

    conjunto motor e bent sub so:

    Longos intervalos podem ser perfurados sem a necessidade de manobras.

    Economia de manobras depois que um desvio efetuado. Reduo de torque e arraste. Reduo do risco de priso tanto por diferencial de presso quanto por

    gerao de altos doglegs, uma vez que a coluna fica parada por menos tempo.

  • 40

    Embora tenha havido evoluo com relao ao sistema anterior (motor + bent sub), a perfurao steerable no modo orientado ainda apresenta riscos devido maior parte da coluna no estar girando.

    O modo orientado apresenta as seguintes desvantagens:

    Possibilidade de priso diferencial. Aumento da chance de priso por desmoronamento do poo Deficincia na limpeza do poo, uma vez que existe uma grande

    tendncia de acumular cascalho na parte baixa do poo. Dificuldade em transmitir peso para a broca em poos ERW onde o efeito

    do atrito no arraste crtico. Dificuldade de se deslizar os tubulares como: colunas de perfurao, de

    revestimento, de produo, telas de conteno de areia. Dificuldade de se manter a orientao (controle da tool face). Baixa taxa de penetrao. Alta tortuosidade. Altas variaes de ECD. Maior probsabilidade de flambagem da coluna com possvel travamento. Reduo na eficincia de limpeza do poo.

    J as desvantagens da perfurao steerable no modo rotativo so:

    Vibraes que podem ocasionar falhas no motor e nos sensores direcionais (MWD).

    Maior desgaste da broca e da coluna de perfurao. Dimetro de poo (caliper) irregular, dificultando a perfilagem do poo.

    Alm dos problemas j mencionados, as mudanas de modo orientado

    para rotativo e vice-versa resultam em poos tortuosos.

    3.3.3. Sistema rotary steerable (RSS) Este sistema foi uma evoluo do sistema steerable, pois permite a

    alterao da trajetria do poo em perfurao sem necessidade de parar a rotao da coluna.

    H basicamente dois mtodos de atuao desses sistemas: Push-the-bit

    e Point-the-bit No push-the-bit a alterao da trajetria feita atravs de um empurro

    que a ferramenta exerce contra a parede do poo, atravs da atuao de um pisto ou brao articulado. Exige a utilizao de brocas com capacidade de corte lateral (active gauge) e a intensidade da alterao da curvatura ou Dog Leg Severity resultante muito influenciada pela competncia das formaes

  • 41

    sendo perfuradas e da qualidade do poo prximo broca. De uma maneira geral, a qualidade do poo sendo perfurado com este sistema no diferencia muito de um poo perfurado com motor de fundo steerable.

    Figura Push the Bit

    No point-the-bit a broca apontada na direo desejada. Gera-se uma

    flexo no eixo rotativo conectado broca que permite desviar o poo de forma constante e uniforme, na intensidade desejada. Neste sistema a qualidade do poo perfurado superior gerada pelos outros sistemas.

    Figura Point the Bit

    A evoluo desses sistemas caminha para ferramentas controladas a

    distncia ou automticas. Neste ltimo caso, a ferramenta recebe a informao da trajetria do poo e, praticamente sem interferncia de operadores, faz toda a curva e navegao no reservatrio como se fosse uma perfurao convencional.

    3.3.4. Sistema rotary steerable com motor de fundo O objetivo deste sistema utilizar motores de fundo no RSS para

    aumentar a potncia na broca.

    3.3.5. Turbina

  • 42

    Embora classificadas como motores de fundo, seus princpios de funcionamento e projetos de construo so completamente diferentes. Assemelham-se mais a uma bomba centrfuga ou a uma bomba axial.

    3.3.6. Logging While Drilling (LWD) e Measurement While Drilling (MWD)

    O LWD composto de diversos perfis, tais como raios gama,

    resistividade, snico, ressonncia magntica e testes de presso. O perfil de raios gama usado para identificar a argilosidade das

    formaes. O de resistividade usado para identificar o tipo de fluido contido nos poros das rochas. O snico e densidade neutro indica a porosidade das rochas. A ressonncia magntica identifica e tipifica os fluidos contido nas rochas e quanto deste fluido poder ser extrado. Finalmete, os testes de presso fazem tomadas de presso em pontos de interesse para identificar trechos do reservatrio que esto com presso original ou depletados.

    O MWD responsvel pelo registro direcional e composto de

    equipamentos para medir inclinao do poo, azimute e face da ferramenta (tool face).

    3.4. Geosteering Tcnica de navegao usada na perfurao direcional que baseia-se na

    utilizao de ferramentas defletoras (motor de fundo steerable ou RSS) equipadas com um conjunto de LWD o mais perto possvel da broca, permitindo no s um grande controle da trajetria do poo em tempo real, mas tambm identificar tipos de formao, porosidade e fluidos contidos nos poros das rochas.

    Existem tambm as ferramentas azimutais que permitem avaliar de que

    quadrante do poo veio a descontinuidade da formao e assim ajustar a trajetria na direo mais apropriada.

    O geosteering implica em formao de equipe multidisciplinar. Permite

    navegar dentro da melhor parte do reservatrio e tambm em formaes delgadas e com muitas intercalaes de folhelhos, pois a formao avaliada durante a perfurao.

    A evoluo do geosteering envolve a utilizao de softwares com grande

    poder de visualizao e colocados em salas especiais de visualizao.

  • 43

    4. ACOMPANHAMENTO DIRECIONAL Na perfurao direcional, os registros (fotos) de inclinao e direo,

    realizados a um intervalo predeterminado, definem um vetor tangente trajetria nesse ponto.

    A trajetria seguida por um poo direcional calculada atravs de

    mtodos que envolvem hipteses relacionadas ao traado da trajetria esperada entre duas estaes.

    4.1. Equipamentos de registro direcional

    Medies direcionais (survey ou fotos) so requeridas para definir a trajetria de um poo. As fotos so obtidas com equipamentos especiais para obter a inclinao, direo e face da ferramenta.

    A obteno destas medies fundamental para que: Os objetivos geolgicos sejam atingidos. As colises entre poos sejam evitadas. Os poos em blowout sejam combatidos atravs da perfurao de poos

    de alvio. O posicionamento correto de sidetracks e de poos multilaterais seja

    efetuado. Os doglegs e o doglegs severity sejam identificados, minimizando os

    pontos de possveis problemas nas manobras.

    As medies direcionais tambm sero usadas nas fases subseqentes como: completao, produo e abandono do poo. As medies podem ser agrupadas em: controle direcional, verificao de posio, orientao e produo.

    Os objetivos de qualquer boa medida direcional so:

    Obter e manter informaes da localizao dos poos. Assegurar que os dados satisfaam a preciso requerida. Realizar as medies de forma eficiente em termos de custo sem

    comprometer as exigncias de preciso dos dados.

    Os fatores que influenciam na seleo do instrumento de registro direcional so:

  • 44

    Tamanho do objetivo (define as exigncias de preciso das ferramentas)

    Latitude do poo (afeta os instrumentos magnticos e a preciso dos instrumentos giroscpicos)

    Direo do objetivo (fotos a leste/oeste requerem procedimentos especiais para ambos os sensores, magnticos e giroscpicos)

    Tipo de instalao de perfurao (interferncia magntica inerente a algumas instalaes com vrias guias)

    Custo da sonda (melhores sondas normalmente significa melhores MWD)

    Mxima inclinao de projeto (algumas ferramentas possuem limitaes operacionais para poos com alta inclinao)

    A classificao dos equipamentos de medio direcional a seguinte

    varia com o tipo e quantidade de medies. Quanto ao tipo de medio podem magnticos ou giroscpicos. Quanto ao nmero de medies podem registro simples, mltiplos e contnuos.

    Os principais equipamentos de registro direcionais so:

    Magntico de registro simples (magnetic single shot MSS) Magntico de registro mltiplo (magnetic multiple shot MMS) Giroscpio de registro simples (gyroscopic single shot GSS) Giroscpio de registro mltiplo (gyroscopic multiple shot GMS) Sistema de navegao inercial (inertial navigation system INS) Medio contnua a cabo (steering tools) Medio contnua sem cabo (MWD e GWD)

    4.2. Influncia do referencial Norte na determinao da trajetria do poo

    Os sensores direcionais medem a direo com base ao norte magntico (MN), norte verdadeiro (TN) ou norte grid (GN). 4.2.1. Definies de referncias de Norte

    O norte verdadeiro (True North - TN) so linhas em direo ao plo

    norte geogrfico, paralelas s longitudes. uma referncia absoluta para o mapeamento da terra. imutvel.

    O norte grid (Grid North - GN) so linhas paralelas entre si e perpendiculares linha do equador.

  • 45

    O norte magntico (Magnetic North - MN) so linhas em direo ao norte magntico que mudam com o passar do tempo.

    4.2.2. Correo da direo azimutal

    Os sensores direcionais medem a direo azimutal em relao a um norte magntico ou verdadeiro. Para padronizar essas informaes da boca do poo e inseri-las em um banco de dados necessrio corrigir o azimute. Esta correo se d atravs da declinao e da convergncia.

    Na declinao os azimutes referenciados ao norte magntico so

    transformados para o referencial do norte verdadeiro utilizando o valor da declinao, que o ngulo formado no sentido do norte magntico (MN) para o norte verdadeiro (TN).

    Na convergncia os azimutes referenciados ao norte verdadeiro podem

    ser transformados para o referencial do grid norte. Esta correo feita atravs da convergncia, definida como o ngulo formado no sentido do GN para o TN.

    4.3. Freqncia e qualidade dos registros direcionais

    De posse de um conjunto de fotos, obtm-se a trajetria do poo atravs

    de metodologias de clculo. Espera-se que quanto maior o nmero de fotos, mais realista seja a

    representao da trajetria perfurada. Contudo, a preciso da trajetria depender tambm do grau de confiabilidade do instrumento de registro direcional.

    Figura Relao entre preciso e incerteza de instrumentos de registros direcionais

  • 46

    Outro ponto importante que o espaamento com que as fotos so registradas no afetar o curso da trajetria caso o perfil da mesma seja regular, sem mudanas bruscas de direo, ou de inclinao, ou de profundidade. Fotos realizadas com MSS dever ter um espaamento mximo de 50 m, diminuindo para 10 a 20 m na curvatura, e com maior espaamento dentro do reservatrio. Os registros com MWD so feitos a cada conexo para poupar tempo. Nos casos de alto DLS, ou poos com alvo reduzido, ou com risco de coliso pode-se realizar registros a cada 15, 10 ou at 5 m.

    As conseqncias no caso de usar de ferramentas de baixa confiabilidade so as seguintes:

    Grandes profundidades levam a uma maior propagao dos erros de

    medio. As dificuldade de se fazer correes dos ngulos aumenta para poos de

    grande extenso ou muito profundos. A qualidade das medies pode cair acentuadamente para altos ngulos. ngulos de entrada do alvo com relao posio da broca podem

    tornar a execuo do poo mais complicada.

    4.4. Mtodos de clculo de acompanhamento da trajetria de poo

    Independente do tipo de medio direcional a ser usada, apenas estaro

    disponveis as inclinaes e direes do poo tomadas a cada foto e as profundidades medidas em que estes registros foram efetuadas.

    Assim, para saber a posio do poo em qualquer profundidade,

    necessrio aplicar um mtodo de clculo de trajetria do poo que far a unio dessas fotos calculando os valores de profundidade verticais e os afastamento laterais (norte/sul e leste/oeste) a partir da cabea do poo.

    A hiptese bsica utilizada na maioria dos mtodos de que a trajetria

    entre os dois pontos (A e B) calculada utilizando as medies de profundidades (M), inclinao(a) e direo (e) obtidas nesses dois pontos. A hiptese utilizada que o segmento AB calculado assumindo que o ponto A (profundidade, inclinao e azimute) conhecido e o ponto B deve ser calculado.

    Os mtodos utilizados para calcular a trajetria so os seguintes:

    Tangente Tangente balanceada ngulo mdio

  • 47

    Raio de Curvatura Mnimo Raio da Curvatura

    No mtodo da tangente o segmento AB aproximado por AB` paralelo tangente no ponto B. O ponto B calculado com base na inclinao e no azimute medidos no ponto B.

    Figura Mtodo da tangente

    No mtodo da tangente balanceada divide-se o comprimento entre as fotos

    em dois segmentos retos e iguais. A acurcia deste mtodo similar do ngulo mdio, contudo apresenta erros maiores de clculo para sees de ganho de ngulo, profundiades verticais (TVD) maiores e afastamentos menores.

    No mtodo do ngulo mdio a inclinao e o azimute no ponto B igual a

    mdia da inclinaes e azimutes em A e B. As projees dos pontos A e B so calculadas como as projees obtidas dos ngulos mdios das inclinaes e dos azimutes.

    Figura Mtodo do ngulo mdio

    No mtodo do raio de curvatura a distncia perfurada tratada como uma

    curva inscrita sobre uma superfcie cilndrica com eixo vertical. A projeo

  • 48

    vertical e horizontal de cada ponto so assumidas como sendo arcos de crculos cujos raios sero funo da taxa de ganho de ngulo e da taxa de variao do azimute.

    Figura Mtodo do raio de curvatura

    No mtodo do mnimo raio de curvatura assume-se que a trajetria uma

    curva suave sobre a superfcie de uma esfera, por exemplo, um arco circular. A trajetria resultante da minimizao da curvatura segundo restries fsicas da seo do poo. As fotos iniciais e finais de um comprimento da trajetria definem os vetores espaciais que so tangentes trajetria nesses dois pontos. Os dois vetores so suavizados em uma curva atravs de uma fator (F) definido pela curvatura (dogleg) da seo do poo.

    4.5. Mudana de direo da trajetria

    Durante a perfurao, existem dois momentos em que a ferramenta defletora deve ser orientada para que haja mudana de direo no poo:

    1. No momento em que se inicia o ganho de ngulo. Neste instante, em

    que a inclinao do poo prximo da vertical, a orientao ser do tipo magntica cuja a referncia o norte magntico.

    2. A outra ocorre quando necessrio fazer correo na trajetria e o poo

    j tem uma certa inclinao. Nesse caso, o lado alto do poo pode ser definido, pois ele sempre aponta a direo do poo. Neste caso, a orientao da ferramenta feita atravs do ngulo toolface entre a face da ferramenta e o lado alto do poo. Esta orientao recebe o nome de gravitacional. O ngulo referido como ?.

  • 49

    Nas operaes de orientao das ferramentas defletora, duas situaes se apresentam:

    1. Determinar as novas direes (e + ? e) e nova inclinao (a2) aps se

    perfurar certo trecho do poo, utilizando uma ferramenta defletora que produz uma mudana de trajetria neste trecho assentada num ngulo ?.

    2. Determinar o ngulo ? no qual uma ferramenta defletora que produz

    uma mudana de trajetria deve ser assentada, para se obter uma nova inclinao e uma nova direo aps perfurar um certo trecho do poo.

    Obs: Quando a mudana na trajetria pequena, menor que 5, pode-se usar uma soluo grfica chamada de mtodo de Ouija Board.

    4.6. Anlise de anticoliso

    A coliso entre poos torna se um problema quando se perfura poos de uma mesma plataforma. Isto torna-se especialmente crtico quando os poos so adjacentes de outros poos produtores, o que aumenta o risco de kicks, blowouts e vazamento de leo.

    A anlise de anticoliso usada para determinar a posio da trajetria

    de um poo em relao a seu planejamento ou com relao trajetria de outros j realizados.

    Um plano de anticoliso comea com as determinaes das posies de

    todos os poos da rea e termina com uma proposta de perfurao de poos futuros.

    Os aspectos a serem estudados para este estudo so:

    Mtodos de clculo de incertezas ou modelos de erro. Tipos de cones de incerteza Mtodo para a determinao das separaes mnimas Mtodo de rastreamento Anlise de anticoliso

    4.6.1. Mtodos de clculos de incertezas ou Modelos de erro

    So usados para estimar os erros inerentes dos equipamentos de medio dos dados direcionais (MWD, multishot, singleshot, giroscpio, etc.). Cada equipamento tem seus coeficientes de incerteza associados ao modelo de

  • 50

    clculo de erro e de acordo com a preciso da ferramenta. Os modelos de erro mais comuns so os de Erro sistemtico, ISCWSA, Cone de erro e Grid de erro de inclinao.

    4.6.1.1. Erros sistemticos

    Trata os erros dos equipamentos de forma estatstica levando em conta influncias internas e externas ao equipamento. Parte do princpio que a maioria dos erros de leitura sistemtica, ignorando as fontes de erros randmicos, assumindo que estes so desprezveis e que tendem a se anular aps um grande nmero de leituras.

    Tornou-se padro na indstria e leva em conta erros devido leitura da

    profundidade, ao desalinhamento do instrumento em relao ao centro do poo, aos efeitos devido ao peso da coluna (por exemplo, a elongao), ao norte de referncia e leitura do azimute magntico influenciada pela magnetizao da coluna. 4.6.1.2. ISCWSA (Industry Steering Commitee for Wellbore Survey Accuracy)

    Este mtodo tem como objetivo determinar erros relativos a

    instrumentos magnticos precisos, como o MWD.

    4.6.1.3. Cone de Erro Este mtodo assume uma esfera ao redor de cada foto. O modelo

    emprico e baseado em observaes de campo ou de teste comparadas com as posies do fundo do poo computadas por vrios instrumentos.

    cone de erro = raio da leitura anterior + (intervalo MD * coeficiente do erro da ferramenta/1000)

    4.6.1.4. Grid de Erro de inclinao Este mtodo permite determinar a expanso do cone de erro em termos

    da profundidade medida a cada 1000m perfurados por intervalos de perfurao.

    4.6.2. Tipos de Cones de Incerteza

  • 51

    O erro obtido a cada profundidade medida o resultado no s do modelo de erro adotado, mas tambm do encontrado na profundidade anterior. O modelo de cone de incerteza consiste em acumular os erros ao longo da trajetria formando os cones de incerteza. Este fato faz com que os erros se acumulem ao longo da trajetria formando os cones de incerteza.

    4.6.3. Separao mnima e fator de separao Tanto os modelos de erro quanto os cones de incerteza s tero aplicabilidade na anlise anticoliso se forem definidos os conceitos de separao mnima entre poo e fator de separao.

    Separao mnima (Er+Eo) a mnima distncia entre o poo de

    referncia e seu adjacente (offset).

    Fator de separao (SF) a razo entre a distncia de separao dos poos e a separao mnima.

    SF = D / (Er+Eo)

    Onde: Er e Eo so os raios das elipses de incertezas de cada poo. D a distncia entre os centros das elipses de incerteza.

    Os fatores de separao (SF) podem ser vistos como indicativos de

    proximidades entre os poos e de possveis colises. De acordo com o valor do fator de separao pode-se concluir o seguinte com relao coliso:

    SF 1: no h coliso.

    Se: 1

  • 52

    4.6.4. Mtodos de rastreamento So usados para calcular a proximidade entre as trajetrias dos poos.

    Os mais comuns so:

    Proximidade 3D: mais conservador, localiza em um plano 3D qualquer ponto mais prximo do poo offset.

    Travelling Cylinder (TC): utiliza um plano perpendicular trajetria de referncia para rastrear os poos offset.

    Plano horizontal: utiliza uma distncia horizontal entre a trajetria de referncia e o poo offset.

    4.6.5. Estudos de anticoliso Existem problemas com rastreamento tipo TC caso os poos sejam

    perpendiculares. Neste este mtodo de rastreamento no ir detetar a proximidade do outro poo.

    Para anlises envolvendo mltiplos poos deve-se usar recursos grficos,

    tais como:

    Grficos de separao de centro a centro Grfico de Fator de Separao (SF) Grfico de Visualizao 3D Grfico Travelling Cylinder (TC) (Ressalta-se que, embora com o mesmo

    nome, o mtodo e o grfico TC tm significados distintos. O grfico pode ser usado com qualquer mtodo)

  • 53

    5. Tpicos Complementares

    5.1. Poo horizontal A necessidade de se perfurar poos horizontais j conhecida h

    bastante tempo. Entretanto a tecnologia para perfurar este tipo de poo se viabilizou recentemente (final dos anos 90s) com o aparecimento de novas tecnologias, tais os sistemas steerable.

    Com um melhor conhecimento da mecnica de perfurao, atualmente

    qualquer poo pode ser considerado candidato perfurao horizontal.

    5.1.1. Vantagem e aplicao de poos horizontais As vantagens da aplicao de poos horizontais esto focadas no maior

    acesso de novas reservas que permite a produo de reservatrios naturalmente fraturados; na maior exposio ao reservatrio que aumenta a produtividade do poo; e no menor gradiente de presso ao longo do trecho horizontal que reduz a possibilidade da formao de cones de gua e gs.

    Outras vantagens dos poos horizontais sua aplicao em formaes

    fechadas com baixa permeabilidade, em reservtorios de leos pesados, e tambm funciona como uma recuperao secundria.

    5.1.2. Tipos de poos horizontais

    A seguir so descritos os tipos mais de poos horizontais: poos de raio longo, poo de raio mdio, poo de raio curto

  • 54

    Nos poos horizontais de raio longo pode-se usar o sistema steerable. Uma vantagem deste tipo que menores taxas de build up propocionam um melhor controle direcional.

    Nos poos horizontais de raio mdio a rotao da coluna no possvel

    nos trechos curvos. Este tipo apresentam normalmente somente uma taxa de buildup. Uma vantagem que requer menos trabalho direcional e uma boa opo para reentrada de poos. Pode atingir o objetivo com dimetros maiores, j que o trecho perfurado desde o KOP bem menor.

    O poo horizontal com perfil combinado interessante quando os dados

    litolgicos no so precisos mas se conhece algum marco geolgico.

    Figura Tipos de poos horizontais

    5.1.3. BHA em poos horizontais versus poo vertical

    Nos poos horizontais ou de alta inclinao deve-se usar coluna invertida

    (ou BHA invertido).

    Figura BHA convencional x Coluna invertida

  • 55

    importante calcular a posio da linha neutra ou ponto neutro do BHA.

    Este o ponto onde a carga axial na coluna troca de sinal (trao para compresso). Nos trechos verticais comum adotar uma margem de segurana de modo a situar a linha neutra numa posio 20% abaixo do topo dos comanhdos (drill collars). Assim, garante-se que os tubos pesados (heavy weight) e os tubos de perfurao (drill pipes) no estaro submetidos compresso.

    5.1.4. Completao em poos horizontais

    As tcnicas bsicas de completao horizontal so:

    Poo aberto Liner rasgado Revestimento ou liner completamente cimentado Revestimento ou liner cimentado fora do fundo Combinao do revestimento ou liner rasgado Liner rasgado com ECP Telas de conteno de areia Telas para conteno de areia com gravel packer

    5.2. Poo piloto

    Para garantir que a aterrisagem do poo horizontal ocorra na

    profundidade correta do reservatrio, caso no exista um bom conhecimento dos contatos (topo e base) do reservatriono, recomendvel a perfurao de um poo piloto que dever ser abandonado abaixo do KOP do poo horizontal.

    O poo piloto normalmente vertical. Entretanto, caso exista a

    desconfiana que o reservatrio tenha um mergulho (dip), recondvel que o poo piloto seja direcional. As figuras a seguir mostram exemplos de poos piloto.

  • 56

    Figura - Poo piloto vertical

    Figura - Poo piloto direcional

    Figura - Poo piloto direcional interceptando na entrada do objetivo

  • 57

    5.3. Poos Multilaterais Os poos multilaterais foram desenvolvidos com o objetivo de otimizar a

    produo, reduzir os custos e alcanar uma mxima recuperao de reservas. Pode-se definir como um poo principal com ramificaes. Estes laterais

    podem ser completados em poo aberto ou com liners.

    Figura Poos multilaterais

    5.3.1. Aplicao de poos multilaterais Vrios tipos de reservatrios apresentam vantagens caso sejam

    desenvolvidos com poos multilaterais, os quais so: reservatrios de leo pesado ou de baixa mobilidade, reservatrios de baixa permeabilidade ou naturalmente fraturado, reservatrios pequenos, depletados ou de baixa presso, reservatrios em camadas ou formaes laminares e reservatrios isolados ou compartimentados.

    De uma forma geral, pode-se dizer que a geometria dos poos

    multilaterais permite adequar o desenho necessidade de drenagem dos reservatrios. Existem algumas formas geomtricas j padronizadas de poos multilaterais: Bilateral em Planos, Stacked (pernas paralelas),Trilateral Branched, Trilateral Forked/stacked, Multilateral Splayed.

  • 58

    Figura Formas geomtricas comuns dos poos multilaterais 5.3.2. Classificao dos poos multilaterais

    Para padronizar os diversos sistemas oferecidos pela indstria de

    petrleo, o grupo TAML classificou os poos multilaterais nas suas junes de acordo com a sua complexidade mecnica e de isolamento de suas pernas ou ramos, sendo, separadas em seis nveis.

    As caracteristicas do nvel 1 so:

    Poos principal e lateral abertos. Sem integridade mecnica e hidrulica na juno. Adequado para formao consolidada. Baixo custo de completao Acesso ao lateral kimitado. Coontrole de produo limitado.

    Figura Nvel 1

  • 59

    As caracteristicas do nvel 2 so:

    Poo principal revestido e cimentado. Poo lateral abertos Baixo custo de completao. Normalmente precisa de suporte da formao. Potencial de acesso ao lateral.

    Figura Nvel 2 (Liner opcional)

    As caracteristicas do nvel 3 so:

    Poo principal revestido e cimentado. Lateral revestido mas no cimentado. Suporte mecnica na juno porm sem integridade hidrulica. Produo conjunta.

    Figura Nvel 3

  • 60

    As caracteristicas do nvel 4 so:

    Poos principal e lateral revestido e cimentado. Integridade mecnica na juno. Pouco ou nenhum isolamento hidrulico. Produo combinada.

    Figura Nvel 4

    As caracteristicas do nvel 5 so:

    Poos principal e lateral revestido e cimentado. Integridade mecnica na juno. Alto isolamento hidrulico na juno (s cimento no aceitvel). Produo combinada ou independente.

    Figura Nvel 5

  • 61

    As caracteristicas do nvel 6 so:

    Revestimento com duas pernas. Integridade mecnica e isolamento hidrulico na juno. Juno de ao soldada na superfcie, a qual descida amassada para ser

    expandida no fundo.

    Figura Nvel 6

    5.4. Poos de grande afastamento em guas profundas

    A classificao de guas profundas ou superficiais feita considerando a

    tabela que se segue:

    Aos poos de grande afastamento em guas profundas interessa analisar

    alguns fatores como caractersticas das trajetrias, gradientes de presso de poros e fratura, ECD versus gradiente de fratura e limpeza de poo.

  • 62

    5.4.1. Caractersticas das trajetrias

    O KOP deve ser colocado o mais prximo possvel do fundo do mar para reduzir inclinao, minimizar problemas de estabilidade e limpeza de poo.

    No entanto em guas profundas devido s caractersticas das formaes

    superficiais, deve-se aprofundar o KOP.

    Figura Posio do KOP

    5.4.2. Gradiente de presso de poros e fratura Como a densidade da gua muito menor que a densidade das rochas,

    ento o gradiente de sobrecarga diminui com o aumento da lmina dgua, pois a camada de sedimentos reduzida. Consequentemente, o gradiente de fratura sofre uma reduo enquanto o gradiente de presso de poros no afetado. Sendo assim, a janela operacional em guas profundas menor dificultando a operao de perfurao.

    Figura Janela operacional

  • 63

    5.4.3. ECD versus gradiente de fratura O ECD poder tornar-se crtico uma vez que o seu aumento

    proporcional profundidade medida, o que no acontece com o gradiente de fratura, que cresce com a profundidade vertical.

    Figura ECD x Fratura

    Pode-se calcular os afastamentos mximos de poos, para diferentes lminas dgua, mantendo a mesma profundidade de reservatrio, sem que o ECD gerado frature a formao.

    5.4.4. Limpeza do Poo Geralmente em guas profundas ocorre uma limitao da limpeza na

    altura do riser, devido ao aumento da rea do anular. Desta forma, recomendvel e faz-se necessria a instalao na coluna de riser de uma linha chamada de booster para auxiliar a limpeza do poo dentro do riser. Atravs dela injeta-se uma vazo adicional de fluido de perfurao para manter um bom carreamento dos cascalhos.

    A linha de booster entra no riser atravs do terminal spool, que est

    localizado na coluna de riser imediatamente acima da flex joint instalada no LMRP (Lower Marine Riser Package).

  • 64

    Figura Junta de riser mostrando a linha de booster e o terminal spool Dentro do riser o fenmeno de carreamento de slidos tratado como

    em poos verticais, ou seja, o fenmeno plenamente caracterizado pela sedimentao. A concentrao de slidos no anular deve ser mantida menor que 5%.