PERFURAÇÃO de POÇOS DIRECIONAIS eHORIZONTAISProfessor: Rafael CastroMsc. Engenharia de Petróleo (UNICAMP)Engº de Petróleo (Petrobras)

Contatos:Email: rcastro.oliveira@petrobras.com.brTel.: (79) 9127-3354 / (79) 3212-2244

Campina Grande, Maio de 2015

Agenda

1 – Introdução & Conceitos

2 - Planejamento Direcional

3 – Dimensionamento de BHA Direcional & Brocas

4 – Equipamentos para Perfuração Direcional e de

Registro da Trajetória

5 – Operação e Acompanhamento (Boas Práticas &

Tópicos Especiais)

1 – Introdução & Conceitos

1.1 – Aplicações de Poços Direcionais

1.2 – Fatores que influenciam a trajetória

1.3 – Definições Básicas

1.4 - Classificação e Tipos

1.5 – Sistemas de Referências

Definição

Perfuração direcional é aquela

em que as coordenadas

geográficas do alvosão diferentes das

coordenadas da Cabeça do Poço

VERTICAL OU DIRECIONAL?

VISÃO EM PLANTA

VERTICAL OU DIRECIONAL?

DIRECIONAL

• Utilização de EQUIPAMENTOS e TÉCNICAS para direcionamento do poço

• Poço Direcional Vs. Vertical:

– Mais caro?

– Mais demorado?

• Direcional Natural: aproveitamento das tendências das formações (mergulhos, falhas, dips etc) e da coluna (giro da broca)

Perfuração Direcional: Aplicações

Áreas de difícil acesso

Perfuração Direcional: Aplicações

Reservatório na plataforma marítima: utilização de Sonda terrestre para atingir o objetivo

Essa medida reduz o custo com diária de Sonda, Equipamentos e Logística

Perfuração Direcional: Aplicações

Restrição ambiental

Em locações terrestres a vertical do alvo na superfície pode coincidir com rios, lagoas e reservas ambientais

Perfuração Direcional: Aplicações

Poços com Resultado Negativo

Aproveita-se a cabeça e parte de outro poço para realizar um desvio buscando o reservatório

Perfuração Direcional: Aplicações

Template submarino

Perfuração Direcional: Aplicações

Aumento da área de drenagem do reservatório e produção de zonas fraturadas

Perfuração Direcional: Aplicações

• Desvio de formações indesejadas na subsuperfície, como Domos salinos

Perfuração Direcional: Aplicações

POÇOS DE ALÍVIO

Arrasamento de poço vizinho em blow out

Aplicação de técnicas e equipamentos especiais para aproximação do poço em blow out

Comprovada a comunicação hidráulica entre os poços, injeta-se fluido de amortecimento e depois pasta de cimento

Perfuração Direcional: Aplicações

POÇOS MULTILATERAIS

Aproveitamento da mesma base e cabeça de poço

Aplicado para maximizar a produção em reservatórios estratificados e lenticulares

Maior área de drenagem com diferentes tipos de Completação e graus de complexibilidade

Perfuração Direcional: Aplicações

SidetrackÉ um desvio realizado a partir de um poço pré-existente, com os seguintes objetivos:

- Desvio de peixes não recuperados

- Correção de trajetória

- Alcance de novos objetivos

Desvio realizado com tampões

de cimento ou calhas

defletoras (Wiphstock)

Geological Correlation

Gas

Identificationof Formation andFluid Interfaces

Water

Oil

Optimized Placementof Completion

Poço Piloto para Otimizar a Aterrisagem e Navegação do Poço Partilhado

1.2 - Fatores que influenciam a trajetória do poço

• Litologia das rochas (Formações)– Variação de dureza– Inclinações (dips) das formações

• Composição do BHA– Distanciamento e diâmetros dos estabilizadores– Diâmetro e rigidez dos tubos– Quantidade de Comandos e HW´s

• Parâmetros de perfuração– Peso sobre a broca– Rotação da Coluna

• Tipo de Broca

Fatores que influenciam a trajetória do poço – Dureza da rocha

A variação na dureza da formação e no calibre do poço acaba fazendo com que a coluna não fique reta provocando assim um desvio na trajetória do poço.

Fatores que influenciam a trajetória do poço – Dip da formação

Posicionamento dos Estabilizadores

Composições para ganho de ângulo: Efeito

Alavanca

Posicionamento dos Estabilizadores

Composições para manter o ângulo: Coluna “Empacada”

Posicionamento dos Estabilizadores

Composições para perda de ângulo: Efeito

Pêndulo

Fatores de influência na Trajetória –Parâmetros de perfuração

• PSB (Peso Sobre a Broca)

– Maior PSB � Maior Ganho de Inclinação

– Menor PSB � Menor Ganho de Inclinação

• Rotação da Coluna – Princípio do Giroscópio ou da Bicicleta

– Quanto maior a rotação da coluna maior a tendência em manter a inclinação e direção do poço

$ Não esqueça: antes de manobrar a coluna para trocar

o BHA, tente trabalhar os parâmetros! $

1.3 - Definições Básicas

• Inclinação: ângulo entre o vetor gravitacional e a tangente ao eixo do poço. No projeto:– Zero grau � Poço vertical

– ~ 90 graus � Poço Horizontal

• Direção: ângulo formado entre a projeção horizontal do poço e o Norte verdadeiro– Azimute � de 0 a 360 graus a partir do norte

geográfico no sentido horário

– Rumo � Varia de 0 a 90 graus nos quadrantes NE, SE, SW e NW

• O objetivo é o ponto no espaço que a trajetória deve atingir. Geralmente é definido pelo geólogo ou engenheiro de reservatório e pode ser um ponto ou mesmo uma seção inteira da formação

• O alvo é a área definida pelo raio de tolerância, ou seja, uma área ao redor do objetivo onde se considera que este seráatingido

Objetivo e Alvo

• O Raio de tolerância (RT) é uma maneira de compensar as varias incertezas geológicas e outras associadas à perfuração

• Para poços direcionais exploratórios o raio fica em torno de 50 a 100 m

• Nos poços de desenvolvimento, pode variar de 5 a 50 m

• O alvo, na verdade, pode ser um círculo ou semi-círculo, um cilindro reto ou inclinado, ou uma elipse, além de outras formas

Raio de Tolerância

Projeção Horizontal

• Plano Horizontal com os eixos NORTE/SUL e LESTE/OESTE

• Visualiza a direção e o afastamento do alvo em relação àcabeça do poço

• Não permite conhecimento da Inclinação do poço

Projeção Vertical

• Plano Vertical com os eixos Profundidade Vertical e Afastamento Horizontal

• Visualiza a inclinaçãodo poço – ideal o realizado estar acima da linha do projeto

• Conhecimento da direção do poço caso o Azimute seja indicado

Definições Básicas

• KOP (Kick-off point): Profundidade de início do desvio do poço - onde deixa de ser vertical, com ajuda de ferramenta direcional defletora

• Build-up: Seção de ganho de ângulo na qual a trajetória forma um raio de curvatura. Uso de equipamento direcional

Definições Básicas

• Seção Tangente (Slant): Éa seção onde a inclinação émantida ate atingir o objetivo ou até que haja uma nova seção de ganho ou perda de angulo

• Drop-off: Seção de perda de ângulo na qual a trajetória forma um raio de curvatura. O poço pode verticalizar ou seguir em seção tangente inclinada

Build-Up Rate (BUR)

Build-up rate (BUR) é a taxa de ganho de ângulo, expressa em graus/30 metros (ou graus/100 pés)

BUR = K x [(α1-α2)/(M1-M2)]

Onde: K = 30 para BUR(graus/30 m)α1 = inclinação do poço na estação 1α2 = inclinação do poço na estação 2M1 = profundidade medida do poço na estação 1M2 = profundidade medida do poço na estação 2

Questão: Calcule o BUR entre as estações 1 (PM = 500 m; INC = 20 graus) e 2 (PM = 515 m; INC = 21,5 graus)

Definições Básicas

• Raio de Curvatura (RC): Raios dos arcos de circunferência formados nos trechos de buildup e drop off

• Taxa de giro (turn): Indica a mudança de direção do poço entre duas estações, geralmente em graus/30 metros. Se positivo indica que a coluna girou para a direita, se negativo para a esquerda

• Giro da broca (bit walk): Mudança natural na direção do poço devido à rotação da coluna e broca. Tendência de giro para a direita

Dog Leg

• O Dog leg representa a mudança de inclinação e direção entre dois pontos da trajetória do poço

• O DLS (Dog Leg Severity) representa o dog leg entre dois intervalos espaçados de 30 metros (ou 100 pés)

• DogLegs elevados devem ser evitados pois:

– Aumentam o risco de prisão de coluna

– Dificulta a descida de equipamentos no poço como perfis e revestimento

– Reduz a vida útil produtiva do poço, pois fadiga a coluna e hastes de bombeio

Orientação da Tool Face

• É definida pelo ângulo formado pela face da ferramenta direcional e o lado alto (highside) do poço

• Varia de 0 a 360 graus, no sentido horário, a partir do ponto highside

• A Tool Face está presente de forma permanente nos Motores de Fundo para perfuração direcional

• Em modo slide (coluna estacionária) a tool face promove a orientação do poço

• No modo rotativo, a tool face perde a influência

Toolface Angle(TFA)

+90 deg

+45

0

180

+135-135

-45

The angle of the bend from vertical with respect to gravity, also calledGravity Tool Face Angle.

1.4 - Classificação e Tipos

• Classificação dos poços direcionais quanto ao:

– Raio de Curvatura (RC)

– Afastamento

– Índice de Severidade

– Trajetória Direcional (design)

Raio de Curvatura Raio de Curvatura

CLASSIFICAÇÃO BUR( 0/30 metros) RAIO (m)

Raio Longo 2 - 8 859 a 215

Raio Médio 8 - 30 215 a 57

Raio Intermediário 30 – 60 57 a 29

Raio Curto 60 - 200 29 a 9

- A grande maioria dos poços direcionais é classificado como Raio Longo- Pequenos raios de curvatura podem ocasionar dificuldades operacionais na

perfuração; dificuldade de descida de tubos e ferramentas no poço, como revestimento e perfis

- A Tecnologia de poços Multilaterais utiliza Raios Intermediário a Curtos- Para realização de raios médios a curtos são necessárias ferramentas

especiais e coluna não convencional, como perfuração com Flexitubo (CoiledTubing)

Classificação quanto ao AFASTAMENTO

• Para determinar a Severidade do Afastamento (SA) deve-se dividir o afastamento pela profundidade vertical do poço descontada a lâmina d’água (em caso de poço marítimo):

S.A. = A / (PV-LDA)

• Os poços de grande afastamento (2 < SA < 3) são chamados de ERW - Extended Reach Well

• Poços de afastamento severo S-ERW (SA > 3) são de grande desafio para a perfuração, pois geram grandes drags nas manobras, reduzem o PSB e aumentam a chance de prisões de coluna

X/Y > 2

Classificação quanto ao AFASTAMENTO

Classificação quanto ao AFASTAMENTO TIPOS DE TRAJETÓRIAS

• Trajetória direcional simples (+ comum)

• Trecho Vertical �KOP � BUILD UP �Trecho Tangente ou Slant

• Subtipo: BuildUpContínuo (não possui o trecho Slant)

TIPO I: Poço SLANT

Onde:

Vk = profundidade vertical do KOPV1 = profundidade vertical do EOBVa = profundidade vertical do objetivoD1 = afastamento do EOBDa = afastamento do objetivoθ = angulo maximo do trecho reto

Planejamento da Trajetória Tipo I

• Trajetória mais complexa

• Vertical � KOP � Build � Tangente 1 � DROP � Tangente 2 (opc.)

• Usado para:– Reduzir ângulo de

entrada no Reservatório

– Alvos verticais (mesma UTM)

• A 2ª Tangente pode não existir

TIPO II: Poço S

• Caso particular do SLANT (Tipo I) com ausência da seção Tangente

• Quando o alvo éprofundo e próximo àcabeça do poço

• KOP profundo:

– Trecho vertical mais longo: economia

– Rochas duras

– Maiores riscos de colisão (Templates, p.e.)

TIPO III: Build Up Contínuo

• Maximizar drenagem (produção) e injeção no reservatório

• BHA ideal: utilização de RSS � coluna sempre girando para evitar prisões, otimizar a limpeza do poço e permitir maior PSB

• Uso de LWD para geonavegação (Geosteering)

• Top Drive é essencial

• Dois tipos:– Um trecho de Build Up

– Dois trechos de Build Up

Trajetória Horizontal

Planejamento com uma Seção de Build UP Planejamento com duas Seções de Build UP

Trajetória Horizontal

Poços 3D – Designer Well Projeto 2D Convencional

Projeto 3D com NUDGE

nudgednudgednudgednudged

Projeto 3D com NUDGE

Projeto atualizado com Survey Projeto Vs Real (Surveys)

Projeto em Template Poços em Template

Projeto Anticolisão –Distância Centro a Centro

Projeto Anticolisão –Fator de Separação Vs Prof. (m)

• Poços Multilaterais de Raio Curto

• Poço em Catenária � Redução de atrito

• Poços com Início inclinado � Reservatórios afastados e rasos (Sondas “Cross River”)

• Poços com Seção Negativa (“Carla Perez”) �Aterrissagem horizontal com entrada próxima àcabeça do poço

• Inclinação > 900 � Aterrissagem horizontal incorreta no reservatório forçando a coluna a “subir” para navegar corretamente

• Poços em “U” � Lançamento de linhas e dutos

Outros Tipos de Trajetórias

Trajetória com Cross River

• Facilidade de Orientação

• Menores Durezas

• Projeto com Baixa Inclinação

• Correções de Trajetórias (coefic. de segurança)

• Formações moles/inconsolidadas � Dificuldade de fazer o KOP

• Problemas mecânicos

• Custo Maior

• Menores Taxas de perfuração global

KOP raso – Próximo à superfície

• Prisão por chaveta:

– DogLeg alto e concentrado

– Formação dura �Baixa taxa de penetração

– Na puxada da coluna, os Comandos topam na chaveta

Aspectos importantes para o Planejamento direcional

BROCAS: