Engenharia de Poço - Sonda de Perfuração

Engenharia de Poco - Perfuracao

Sonda de perfuracao

Prof. Andre Duarte Bueno, Dr. Eng.

25 de marco de 2008

Perfuracao - Conteudo 1

➪ Perfuracao - Equipamentos da sonda de perfuracao

• Sistema de sustentacao de cargas

• Sistema de geracao e transmissao de energia

• Sistema de movimentacao de cargas

• Sistema de rotacao

• Sistema de circulacao

• Sistema de seguranca do poco

• Sistema de monitoracao

➪ Onde buscar mais informacoes?

Fontes 2

➪ Jose Eduardo Thomas; Fundamentos de Engenharia de Petroleo; Editora Interciencia; 2 edi-

cao; Rio de Janeiro; 2001.

➪ Luiz Alberto Santos Rocha et all ; Perfuracao Direcional; Editora Interciencia; 1 edicao; Rio de

Janeiro; 2006.

➪ Luiz Claudio Cardoso; Petroleo do Poco ao Posto; Editora Qualitymark; 1 edicao; Rio de Janeiro;

2005.

➪ Sites de Internet.

➪ Revista Istoe, Historia do Petroleo no Brasil, 2007.

Perfuracao - Sonda de perfuracao 3

Figura 1: Esquema de uma sonda de perfuracao rotativa (Fonte Thomas, 2001).

Perfuracao - Sonda de perfuracao 4

Figura 2: Esquema de uma sonda de perfuracao rotativa (Fonte Cardoso, 2006).

Perfuracao - Sistemas/Equipamentos da sonda de perfuracao 5

Sistema de sustentacao de cargas

➪ Conjunto de equipamentos utilizados para dar sustentacao as cargas da sonda de perfuracao, tem o

objetivo de manter a estabilidade da sonda durante a operacao de perfuracao.


➪ Torre ou mastro: Estrutura, normalmente metalica, de forma piramidal, utilizada para dar susten-

tacao aos sistemas de rotacao e perfuracao, permitindo a realizacao das operacoes de perfuracao.

Figura 3: Esquema de uma sonda rotativa - Mastro (Fonte Thomas, 2001).


➪ Subestruturas: Conjunto de vigas e estruturas montadas sobre a base da sonda, de modo a criar um

espaco de trabalho sob a plataforma, para a instalacao dos sistemas de seguranca do poco.

➪ Estaleiros: Conjunto de vigas e estruturas montadas ao lado da base da sonda, de modo a criar um

espaco para a instalacao dos sistemas de movimentacao de carga e dos sistemas de rotacao. Permite

manter, ao lado da torre/mastro, o conjunto de elementos necessarios a rapida operacao da sonda.

Figura 4: Esquema de uma sonda rotativa - Estaleiro (Fonte Thomas, 2001).


Sistema de geracao e transmissao de energia

➪ Conjunto de equipamentos utilizados para gerar e transmitir a energia necessaria para a operacao

da sonda; tem o objetivo de manter os equipamentos energijados durante a operacao de perfuracao.

Deve incluir sistemas de seguranca eletrica.

➪ Fontes de energia: Para sondas em terra, podemos utilizar a energia eletrica convencional ou geradores

(motores a diesel geram energia mecanica que e convertida em energia eletrica). Se a sonda for em

mar, entao sao utilizados geradores. Em algumas plataformas marıtmas, onde ha producao de gas,

o gas pode ser utilizado para gerar a energia, utilizando-se turbinas de gas.


➪ Sondas mecanicas: ”Nas sondas mecanicas a energia gerada nos motores diesel e levada a uma

transmissao principal (compound) atraves de acoplamentos hidraulicos (conversores de torque) e

embreagens. O compound e constituıdo de diversos eixos, rodas dentadas e correntes que distribuem

a energia a todos os sistemas da sonda” [1]. Note que o conjunto composto de varios motores e de

embreagens, permite a variacao tanto da quantidade de energia gerada, como do torque transmitido

aos componentes da sonda.

Figura 5: Esquema de uma sonda mecanica com cinco motores diesel (Fonte Thomas, 2001).


➪ Sondas diesel-eletricas: ”Nas sondas diesel-eletricas, a geracao e feita em corrente alternada e a

utilizacao em corrente continua - AC/DC. Motores diesel ou turbinas a gas acionam geradores de

corrente alternada (AC) que alimentam um barramento trifasico de 600 volts. Este barramento,

alternativamente, tambem pode receber energia da rede publica. Pontes de retificadores controladores

de silıcio (SCR) recebem a energia do barramento e a transformam em corrente contınua, que alimenta

os equipamentos da sonda” [1]. Recentemente tem aumentado o uso de sondas eletricas do tipo

AC/AC. Como os motores sao do tipo AC, nao existe necessidade de retificacao da corrente.

Figura 6: Esquema de uma AC/DC tıpica de sondas marıtmas (Fonte Thomas, 2001).


Sistema de movimentacao de cargas

➪ Conjunto de equipamentos composto de guincho, bloco de coroamento, catarina, cabo de perfuracao,

gancho e elevador; que viabilizam a rapida movimentacao de cargas na sonda, incluindo, a coluna de

perfuracao, de revestimento, entre outros equipamentos.

Figura 7: Sitema bloco catarina (Fonte Thomas, 2001).


➪ Guincho

• O guincho e uma estrutura com formato cilindrico, normalmente metalica, composto por um

tambor principal, um tambor auxiliar (ou de limpeza), freios, molinetes e embreagens.

• O tambor principal prende, libera ou traciona o cabo de aco, movimentando a coluna de perfu-

racao.

• O tambor auxiliar e menor, sendo utilizado para movimentacao de pequenas cargas (como regis-

tradores de inclinacao e direcao do poco, amostradores de fundo, equipamentos de completacao

e teste de poco).

• O freio principal e mecanico (por atrito), sendo utilizado para reduzir a velocidade de rotacao,

para reduzir o peso sobre a broca, ou para parar a broca. O freio secundario e hidraulico (ou

eletromecanico), e usado para auxiliar o freio principal.

• Um molinete e utilizado para tracionar cabos e cordas. O molinete das chaves flutuantes e usado

para apertar/desapertar as conexoes da coluna de perfuracao ou revestimentos. O molinete

giratorio (ou cathead) e utilizado no icamento de pequenas cargas quando nele for enrolado

uma corda, chamada catline.


Figura 8: Guincho (Fonte Thomas, 2001).


➪ Bloco de coroamento: Conjunto estacionario de 4-7 polias montadas em linha num eixo suportado

por dois mancais de deslizamento. O bloco de coroamento fica posicionado na parte superior do

mastro ou torre.

Figura 9: Bloco de coroamento (Fonte Thomas, 2001).


➪ Catarina: Conjunto de 3-6 polias moveis, montadas em um eixo que se apoia nas paredes externas da

propria catarina. A catarina fica suspensa pelo cabo de perfuracao que passa alternadamente pelas

polias do bloco de coroamento e polias da catarina, formando um sistema com 8-12 linhas passadas.

Na parte inferior da catarina encontra-se uma alca pela qual e preso o gancho. O gancho consiste de

um corpo cilindrico que internamente contem um sistema de amortecimento para evitar que golpes

causados na movimentacao das cargas se propaguem para catarina. Notar a altura da catarina ˜4m.


Figura 10: Catarina (Fonte Thomas, 2001).


➪ Cabo de perfuracao: Cabo de aco especial, composto de diversas ramas, e que e enrolado no tambor

e conectado a catarina atraves de uma ancora que se encontra no topo da torre. E utilizado para

dar sustentacao a coluna de perfuracao. Na ancora normalmente e instalado um sensor que mede a

tensao do cabo.

➪ Elevador: Equipamento com forma de anel bipartido em que as duas partes sao ligadas por dobra-

dica resistente, contendo um trinco especial para o seu fechamento. E utilizado para movimentar

elementos tubulares - tubos de perfuracao e comandos.


Sistema de rotacao

➪ Conjunto de equipamentos composto de mesa rotativa, kelly, cabeca de injecao, top-drive, motor de

fundo; que viabilizam a rapida rotacao da coluna de perfuracao.


➪ Mesa rotativa: Equipamento que transmite rotacao a coluna de perfuracao, e permite o livre desli-

zamento do kelly no seu interior. Em certas operacoes a mesa ded rotacao deve suportar o peso da

coluna de perfuracao.

Figura 11: Mesa rotativa (Fonte Thomas, 2001).


➪ Cabeca de injecao (swivel): Elemento que separa os elementos rotativos daqueles estacionarios na

sonda de perfuracao. No swivel e conectado o cano que tras o fluido de perfuracao.

Figura 12: swivel (Fonte Thomas, 2001).


➪ Kelly : Elemento que transmite a rotacao proveniente da mesa rotativa para a coluna de perfuracao.

O Kelly pode ter de dois tipos de secao: nas sondas terrestres costuma ter secao quadrada (de menor

custo); em sondas marıtimas costuma ter secao hexagonal (de maior custo, mais resistente). Existem

dois sistemas alternativos para transmissao da rotacao a broca: top drive e motor de fundo.

Figura 13: Kelly (Fonte Thomas, 2001).


➪ Top-drive: ”Neste caso, a rotacao e gerada por um motor no topo do sistema de perfuracao, sendo

descartado o uso da mesa de rotacao e do kelly. Possibilita furar o poco de tres em tres tubos, ao

inves de um a um, quando a mesa rotativa e utilizada. Este sistema tambem permite que a retirada

ou descida da coluna seja feita tanto com rotacao como com circulacao de fluido de perfuracao pelo

seu interior. Isto e extremamente importante em pocos de alta inclinacao ou horizontais” [1].


Figura 14: Top drive (Fonte Thomas, 2001).


➪ Motor de fundo: Um motor hidraulico do tipo turbina ou deslocamento positivo e colocado acima da

broca. O giro ocorre na parte inferior, conectada a broca, e e provocado pelo movimento do fluido de

perfuracao. O motor de fundo e muito utilizado na perfuracao direcional, pois a coluna de perfuracao

nao precisa girar, nao provocando desgastes as paredes do poco.

Figura 15: Motor de fundo tipo turbina (Fonte Thomas, 2001).


Sistema de circulacao

➪ Conjunto de equipamentos compostos de bombas de lama, mangueiras, peneira vibratoria, desarei-

ador, mud cleaner e centrıfuga; que viabilizam a circulacao de fluidos pela coluna de perfuracao e

pelo anular do poco.

➪ O processo de circulacao passa pelas fases de injecao (o fluido sai da bomba e vai ate o fundo do

poco), retorno (o fluido sai da broca no fundo do poco, retorna pelo anular do poco e chega ate a

peneira) e tratamento dos fluidos (da peneira ate a bomba, realiza a limpeza do fluido de perfuracao,

eliminando partıculas diversas).


Figura 16: Sistema de circulacao (Fonte Cardoso, 2006).


➪ Fase de Injecao: A fase de injecao comprende a parte do ciclo que inclui a saıda do fluido da bomba

e sua chegada ao fundo do poco. Na injecao, diversas bombas de lama tipo triplex sao ligadas

em paralelo para garantir grande vazao. Posteriormente, quando o poco ja esta cheio de lama de

perfuracao, reduz-se a necessidade de grande vazao e passa-se a ter necessidade de melhor controle das

pressoes, o que e obtido deixando-se apenas uma bomba (com pistoes e camisas de menor diametro).

Figura 17: Bombas de lama tipo triplex (Fonte Thomas, 2001).


➪ Fase de retorno: A fase de retorno comprende a parte do ciclo que inclui a saıda do fluido pela broca

(no fundo do poco), e seu retorno pelo anular do poco ate chegar a peneira.


➪ Fase de tratamento: A fase de tratamento trata da limpeza da lama de perfuracao, comprende a

parte do ciclo que inclui a chegada do fluido a peneira, o tratamento dos fluidos (limpeza do fluido

de perfuracao, eliminando partıculas diversas). Compreende a adicao de produtos quımicos para

estabilizacao da lama de perfuracao (propriedades da lama).

• A peneira vibratoria e utilizada para separar/eliminar os solidos mais grosseiros, como cascalhos

e graos de areia.

• Os hidrociclones de 8” e 20” sao utilizados como dedsareiadores, retirando a areia do fluido de

perfuracao.

• Os dessiltadores, em numero de 8-12, sao hidrociclones de 4” a 5” utilizados para descartar

partıculas com dimensoes de silte.

• O mud cleaner, e um dessiltador com uma peneira que permite recuperar partıculas. Sendo

parte do material descartado e outra parte adicionado ao fluido de perfuracao, reduzindo-se

custos com aditivos.

• O desgaseificador elimina o gas do fluido de perfuracao (sua presenca e perigosa)..


Figura 18: Sistema de tratamento de lama (Fonte Thomas, 2001).


Sistema de seguranca do poco

➪ Conjunto de equipamentos compostos de equipamento de seguranca de cabeca de poco - ESCP, e

de equipamentos auxiliares que tem como objetivo o fechamento e o controle do poco; viabilizam a

mantencao da seguranca das operacoes realizadas na sonda.

➪ BOP - Blowout preventer , conjunto de valvulas de seguranca utilizadas para fechar o poco. O

fechamento do poco e necessario quando ocorrem fluxos fora de controle. Um exemplo de fluxo

indesejado e um kick, fluxo de uma formacao para dentro do poco. O fluxo indesejado pode provocar

danos aos equipamentos da sonda, acidentes pessoais, perda parcial ou total do reservatorio, poluicao

e danos ao meio ambiente.


➪ Cabeca de poco: Equipamentos que permitem a ancoragem e vedacao das colunas de revestimento na

superfıcie. Incluindo: cabeca de revestimento, carretel de perfuracao, adaptadores, carretel espacador

e seus acessorios.

Figura 19: Cabeca de poco de superfıcie (Fonte Thomas, 2001).


➪ Cabeca de revestimento: Primeiro equipamento colocado na cabeca do poco; tem o objetivo de sus-

tentar os revestimentos intermediarios e de producao atraves de seus suspensores, alem de propriciar

vedacao do anular do revestimento intermediario ou de producao com a propria cabeca permitindo o

acesso a este anular e de servir de base para a instalacao dos demais elementos da cabeca ded poco

e preventores.

➪ Suspensor de revestimento: ”Elemento que permite a ancoragem do revestimento e a vedacao do

anular deste revestimento com o corpo da cabeca na qual foi ancorado. A vedacao e feita automa-

ticamente quando o peso do revestimento for aplicado provocando a extrusao de um elemento de

borracha” [1].

➪ Carretel de revestimento: ”Semelhante a cabeca de revestimento, mas com um flange na parte inferior.

Possui duas saıdas laterais para acesso ao espaco anular, e um alojamento para assentamento do

suspensor do revestimento” [1].


➪ Cabeca de producao: ”Carretel que possui, em sua cabeca inferior interna, uma sede para receber

os elementos de vedacao secundaria que atuam no topo do revestimento de producao, de modo a

impedir a passagem de pressoes altas, geralmente superiores a resistencia da flange inferior. Na

parte interna superior possui sede para receber o tubing ranger, que sustenta a coluna de producao.

Apresenta, tambem, duas saıdas laterais para acesso ao espaco anular” [1].

➪ Carretel de perfuracao: ”Equipamento contendo flanges de ligacoes no topo e na base e com duas

saıdas laterais flangeadas que recebem as duas linhas ded controle do poco, a linha ded matar (kill

line) e a linha do extrangulador (choke line)” [1].


➪ Preventores.

• Permitem o fechamento do espaco anular, sendo de dois tipos: preventor anular e preventor de

gaveta.

• ”O preventor anular tem a funcao basica de fechar o espaco anular de um poco e consta de um

pistao que, ao ser deslocado dentro de um corpo cilındrico, comprime um elemento de borracha

que se ajusta contra a tubulacao que esteja dentro do poco” [1]. Atua em qualquer diametro

de tubulacao e pode ate fechar um posto sem coluna, embora este procedimento cause dano ao

elemento de borracha” [1].

• ”O preventor de gavetas tem a funcao dde fechar o espaco anular do poco pela acao ded dois

pistoes que ao serem acionados hidraulicamente deslocam duas gavetas, uma contra a outra,

transversalmente ao eixo do poco” [1].


Figura 20: BOP - (Fonte Thomas, 2001).


Sistema de monitoracao

➪ O que e e objetivos?

Perfuracao - Exercıcios 38

Exercıcios

1. Fazer uma pesquisa, na Internet - Google/Wikipedia, sobre os termos apresentados

nesta aula (glossario).

2. Faca desenhos, a mao, representando os elementos de um sistema/sonda de per-

furacao. A seguir faca uma analise da estrutura e da dinamica do sistema (teste

logico).

Perfuracao - Bibliografia 39

Bibliografia

➪ Jose Eduardo Thomas; Fundamentos de Engenharia de Petroleo; Editora Interciencia; 2 edi-

cao; Rio de Janeiro; 2001.

➪ Luiz Alberto Santos Rocha et all ; Perfuracao Direcional; Editora Interciencia; 1 edicao; Rio de

Janeiro; 2006.

➪ Luiz Claudio Cardoso; Petroleo do Poco ao Posto; Editora Qualitymark; 1 edicao; Rio de Janeiro;

2005.

➪ Jorge Fernandes, O que e Engenharia?,

http://www.dimap.ufrn.br/~jorge/textos/engsoft/conceitosgerais/OQueEhEngenharia.htm

➪ Ariston Alves Afonso e Nelio Fleury, Uma Breve Historia Da Engenharia,

http://www.crea-go.org.br/informativo/artigos/2.htm

➪ Guia do Vestibular, Editora abril, 2008.

➪ Wikipedia, http://pt.wikipedia.org/.

Documents

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