Comitê Jovem IBP25 de outubro de 2011.

Bruno William Pires PereiraEngenheiro de Perfuração de PoçosShell Brasil Petróleo Ltda.

Poço de petróleo: O petróleo se encontra nanatureza ocupando os vazios de uma rocha

• Perfuração de Poços

natureza ocupando os vazios de uma rochaporosa, denominada rocha reservatório, o poçode petróleo permite a comunicação doreservatório de petróleo com a superfície, ePerfuração de Poços

• Classificação dos poços de petróleo

• Sondas de Perfuração

p pconseqüentemente, a produção destereservatório.

• Equipe de Sonda• Componentes de sonda de

perfuração• Colunas de perfuração &Colunas de perfuração &

ferramentas de manuseio• Brocas• Fluidos de perfuração• Revestimentos (Casings)• Cabeças de Poços

(Wellheads)• Cimentação

Objetivo das operações de perfuração:visam permitir acesso às camadas rochosas deCimentação

• Completação• Controle de poço

visam permitir acesso às camadas rochosas desub-superfície e comprovar a existência depetróleo. Assim como, permitir uma avaliaçãode potencial econômico de uma jazida

t líf t é d t t d f ãpetrolífera, através de um teste de formação apoço aberto.

Métodos de perfuração de poços:

Percussivo: a perfuração é executada através de golpes narocha com a broca, causando sua fragmentação poresmagamento. Primeiro método utilizado (~1900).

Rotativo: perfuração é realizada pelo movimento de rotaçãoda broca, comprimindo a rocha causando o seuesmerilhamento. A retirada de cascalhos gerados é realizadaatravés do bombeio de fluido de perfuração através dos tubosde perfuração que retorna pelo espaço anular formado entre acoluna e a parede do poço perfuradocoluna e a parede do poço perfurado.

Operações Básicas:Perfurar (Drill)Revestir (Running Casing)Cimentar (Cementing)Cimentar (Cementing)Manobrar (Tripping)

Onde se gasta tempo? (= USD$) Tempos operacionais (%)

Quanto à finalidadeQuanto à finalidade.

Nomenclatura

Quanto à profundidade final.

Onshore:Ex: 8-MG-50-BA8 – poço de injeçãoMG – sigla do campo de Miranga

Rasos (TVD < 1500 m)Médios (1500 m < TVD < 2500 m)Profundos (TVD > 2500 m)

Quanto à profundidade final. MG sigla do campo de Miranga50 – quinquagésimo poço do campo de MirangaBA – Miranga situa-se na Bahia

Offshore:Offshore:Ex: 7-MLS-5-RJS• Quinto poço perfurado no campo de Marlim Sul em águas do Rio de Janeiro, poço de desenvolvimento

QQuanto ao percurso.

Poço VerticalPoço Direcional:HorizontalHorizontal

Poço Direcional: Grande afastamento(Afastamento Horizontal: > 2,5 X TVD ou > 4000 m)

Poço Direcional: Multilaterais

Preparação do terreno (Dimensionamento- Preparação do terreno (Dimensionamento, fundações, layout de equipamentos, sistemas de drenagem e tanques de lama);

- Mobilização de estruturas;- Montagem de equipamentos e acomodações;

Pontos a serem considerados:- Estabilidade do terreno (solo);- Acessibilidade (Logística, condições de

estradas e possíveis obstruções);

S (S ) f á ( )Sonda modulada (SM) Plataforma auto-elevável (PA)

Fornece uma plataforma de perfuração fixa ã f t d l di õ d t

L.A. rasas - Aproximadamente 250m.A j t é l d i d não afetada pelas condições de tempo.

Permite posicionamento em áreas com restrições no fundo do mar.Baixo custo.P f lâ i d´á d té 200

A jaqueta é lançada e encaixada em estacas no fundo do mar.Em seguida os módulos são colocados sobre a jaqueta.Os poços podem ser perf rados antes Perfura em lâmina d´água de até 200m.

Não é necessário compensador de movimentos.Sistema de cabeça de poço na superfície (BOP)

Os poços podem ser perfurados antes ou depois da instalação da jaqueta.Não é necessário compensador de movimentos.Sistema de cabeça de poço na (BOP).Sistema de cabeça de poço na superfície (BOP).

S d i b í l (SS) N i d (NS)

* Ancoradas ouPosicionamento dinâmico

Sonda semi-submersível (SS) Navio sonda (NS)

Noble Clyde Boudreaux

Stena DrillMax

Plataforma estável: trabalha em condições de mar e tempo mais severos do que os navios.

Grande capacidade de armazenagem de suprimento para perfuração.Menos estável que a sonda semi-q

Pode ser ancorada ou de posicionamento dinâmico.É necessário compensador de movimentos.

qsubmersível (SS).Propulsão própria.Pode ser ancorado ou dp.É necessário compensador de movimentos.

Sistema de cabeça de poço no leito marinho.

p

Tension Leg Platform (TLP) Spar Buoy

Shell’s Spar (Perdido field GoM)(Perdido field, GoM)

Plataforma flutuante, posicionada na locação por tendões verticais fixados no fundo do mar por estacas.Raio de ancoragem nulo

Plataforma flutuante de calado profundo.O casco cilíndrico é ancorado no fundo do mar.Após a ancoragem a plataforma é montada Raio de ancoragem nulo.

Não possui compensador de movimentos.Utilizadas como unidades de produção com os poços equipados com ávore de

sobre o casco.O casco abriga tanques de lastro e de consumíveis.Possui compensador de movimentos.com os poços equipados com ávore de

natal seca. Utilizadas como UEP’s com os poços equipados com árvore de natal seca.

Superintendente da Sonda (Drilling Superintend).Supervisor de Perfuração / Fiscal (Drilling Supervisor / Company man).Engenheiro de Perfuração (Drilling Engineer).Encarregado de sonda (Tool Pusher).Sondador (Driller).Torrista (Derrick man).Plataformistas (Rough neck)Plataformistas (Rough neck).Homens de Área (Roustabout).

Outras funções não relativas diretamente ao poço:Sondas Flutuantes (Supervisor do BOP Submarino - Sub-Sea Engineer, Capitão, marinheiro, etc).Mestre Mecânica e Mestre Elétrica.GuindasteiroGuindasteiro.Contra-Mestre de Movimentação de Carga.

Especializações / Companhias de serviço:Químico de fluido de perfuração (Mud engineer).Operador de cimentação (Cementing Operator).Operador de perfuração direcional (Directional Driller).Outros (Pescaria Equipe de descida de revestimento equipe deOutros (Pescaria, Equipe de descida de revestimento, equipe de ferramentas de poço, etc.)

Sistema de sustentação de cargas Sistema de movimentação de cargasSistema de sustentação de cargas Sistema de movimentação de cargas

Sua função é suportar e transferir todas as cargas a serem içadas durante a perfuração.

O sistema de movimentação de carga permite movimentar as colunas de perfuração, de revestimento e outros equipamentos.p ç

- Mastro ou Torre de perfuração: sustenta o peso da coluna e fornece altura suficiente para içar seções de tubos;

q p

Os principais componentes do sistema são: guincho, bloco de coroamento, catarina, cabo de perfuração, gancho, elevador e compensador de movimentos.

- Subestrutura: responsável por apoiar o mastro / torre e receber suas cargas;

g , p

Sistema de rotação Sistema de circulação de fluidosSistema de rotação Sistema de circulação de fluidosO sistema de rotação convencional é constituído de equipamentos que promovem ou permitem a livre rotação da coluna de

São os equipamentos que permitem a circulação e o tratamento do fluido de perfuração. Numa circulação normal, o fluido de p ç

perfuração. São eles: mesa rotativa, kelly, cabeça de circulação (swivel), top drive e motor de fundo.

perfuração é bombeado através da coluna de perfuração até a broca, retomando pelo espaço anular até a superfície, trazendo consigo os cascalhos cortados pela broca.

Sistema de monitoramento Sistema de geração eSistema de monitoramento Sistema de geração etransmissão de energiaO sistema de monitoramento é formado

basicamente pelo painel do sondador, que apresenta informações a respeito de A energia necessária para o funcionamento de

boa parte desses equipamentos é fornecidaparâmetros de perfuração como peso sobre a broca, RPM, torque, pressão de bombeio, vazão das bombas, etc.

boa parte desses equipamentos é fornecida pelo sistema de geração de energia. Esta energia pode ser gerada através de motores a diesel ligados a geradores de energia elétrica (o sistema mais usado é o AC-DC) ou em caso(o sistema mais usado é o AC DC) ou, em caso de sondas terrestres, a energia pode ser fornecida através de rede elétrica local.

Sistema de segurança de poço BOP (Blow Out Preventer)Sistema de segurança de poço BOP (Blow Out Preventer)

Sua principal função é impedir que os fluidos das formações atinjam a superfície de maneira descontrolada.O sinal de comando pode ser hidráulico, elétrico ou ótico.p ,Em SS e NS fica no fundo do mar e em Sondas de Terra, SM, PA, TLP e SPAR fica na superfície.

Componentes:Gaveta de tubo: Fecha contra o tubo sem cortá loGaveta de tubo: Fecha contra o tubo sem cortá-lo.Gaveta Cisalhante: Fecha contra o tubo, cortando-o. BOP Anular: Fecha sobre qualquer diâmetro.

C f (f )Coluna de perfuração (funções):Aplicar peso sobre a brocaTransmitir rotação à brocaConduzir o fluido de perfuração

Ferramentas de manuseio:Chave flutuante, Iron roughneckChave de brocaCunhaConduzir o fluido de perfuração

Manter o poço calibradoGarantir inclinação e direção

El t t b l ( t )

CunhaColar de Segurança

Elementos tubulares (componentes):Tubos de perfuração (Drill pipes)Comandos (Drill collars)Tubos de perfuração pesados (Heavy Weight Drill Pipes)Tubos de perfuração pesados (Heavy Weight Drill Pipes)Kelly

Elementos Acessórios:SubstitutosEstabilizadoresEstabilizadoresEscareadores (hole opener)AlargadoresAmortecedores de choque.

As brocas são equipamentos que têm a função deAs brocas são equipamentos que têm a função de promover a ruptura e desagregação das rochas ou formações.

Brocas Tricônicas: As brocas com três cones cortantes são as mais usadas na perfuração rotativa atualmente. Este tipo de broca possui três elementos principais: estrutura cortante, rolamento e corpo.

Brocas de diamantes naturais: Eram consideradasBrocas de diamantes naturais: Eram consideradas ferramentas exclusivas para a perfuração de rochas duras e abrasivas, explorando as conhecidas propriedades dos diamantes: altíssima dureza; resistência compressiva e condutividade térmica.resistência compressiva e condutividade térmica. Entretanto, com os avanços nos processos de fabricação e na escolha dos diamantes, esta broca está sendo usada atualmente na perfuração de muitos tipos de rocha.rocha.

Brocas de diamantes artificiais: Desde o final da década de 70, a broca de diamantes sintéticos, têm apresentado grande desenvolvimento (broca PDC). A p g ( )característica principal deste tipo de broca é seu cortador, o PDC- “Polycrystalline Diamond Compact”, que é composto por uma camada fina de partículas de diamantes (+/- 0.5 mm) fixada a outra mais espessa (+/-( ) p (3 mm) de carbeto de tungstênio em um processo a alta temperatura e alta pressão.

Critérios de seleção de brocas

Brocas especiais:

Critérios de seleção de brocas

Brocas para testemunho (coring).

O t ité i l tOutros critérios relevantes:Diâmetro do poço;Extensão da fase a ser perfurada;Custo;

Brocas alargadoras.Custo;Dados de poços correlatos (offset wells);

Coluna de revestimento: comprimento total de tubos de revestimentoColuna de revestimento: comprimento total de tubos de revestimento com o mesmo diâmetro externo que é descido no poço em uma única operação.Se perfurarmos um poço de petróleo sem interrupção, é intuitivo que chegará uma determinada profundidade em que suas paredeschegará uma determinada profundidade em que suas paredes desmoronarão, mesmo sendo as camadas de sub-superfície rochosas. Portanto, um poço de petróleo é perfurado em fases, isto é, perfura-se um determinado trecho e reveste-se com uma tubulação de aço, denominada revestimento de perfuraçãodenominada revestimento de perfuração. Poço é perfurado por fases cujo número e comprimento depende das características geológicas das zonas (pressão de poro e de fratura) e profundidade final.

Tipos de revestimento (Classificação quanto à função)• Condutor (30”, 20”, 13 3/8”): sustenta formações superficiais nãoconsolidadas;• Superfície (20” 18 5/8” 16” 13 3/8” 10 3/4” e 9 5/8”): protege lençóis• Superfície (20 , 18 5/8 , 16 , 13 3/8 , 10 3/4 e 9 5/8 ): protege lençóis freáticos, prevene desmoronamentos de formações;• Intermediário (13 3/8“ e 9 5/8“): aumenta a resistência das formações de modo a garantir a continuidade da perfuração;• Produção (9 5/8”, 7”, 5 1/2”): permite a produção do poço, suportando as paredes e isolando os intervalos produtores.• Liner (13 3/8”, 9 5/8”, 7”, 5 1/2”): Coluna que cobre apenas a parte inferiorO topo fica ancorado pouco acima da sapata do revestimento anteriorO topo fica ancorado pouco acima da sapata do revestimento anterior.• Tie Back (9 5/8”, 7”, 5 1/2”): complementar uma coluna de liner até a superfície, (limitações técnicas, proteção do revestimento anterior).

Funções:Funções:Prevenir desmoronamento; Evitar contaminação de água potável; Permitir retorno de fluidos à superfície; Controle de pressões; Impedir Migração de Fluidos; Sustentar o BOP; Sustentar outro revestimento; Isolar zonas de água da formação produtora; Alojar equipamentos de elevação artificial; Evitar perda de circulação;

Diâmetro ExternoPeso nominal

Tipo de aço ( Limite de escoamento ( yield ) = 110.000 [psi] )Tipo de conexãop

9 5/8” 47 lb/pé P‐110 Buttress

Alojador de baixa pressão (LPWHH)

Alojador de alta pressão (HPWHH)Alojador de alta pressão (HPWHH)

Suporte de revestimento (Casing hanger)

Sistema acoplado:

HPWHH

LPWHH

Casing Hanger

Os fluidos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquidos, produtosquímicos e, por vezes, até gases utilizados na perfuração de poços com as seguintes finalidades:

Funções

Limpar fundo do poço dos cascalhos gerados pela broca e carregá los para aLimpar fundo do poço dos cascalhos gerados pela broca e carregá-los para a superfície;Ser estável quimicamente;Controlar a pressão exercida pela formação;Manter sólidos / cascalhos em suspensão quando em condição estática;Selar formações permeáveis (filtrado);Manter a estabilidade do poço;Minimizar o dano ao reservatório;Minimizar o dano ao reservatório;Resfriar, lubrificar e limpar a broca e coluna;Transmitir energia hidráulica para ferramentas e broca;Garantir correta avaliação de formação;Controlar corrosão;Facilitar cimentação e completação;Minimizar o impacto ao ambiente;Previnir formação de hidratos;Previnir formação de hidratos;

Para o desempenho destas funções o fluido de perfuração não deve alterar as propriedades da rocha produtora que impliquem em restrições ao fluxo de hidrocarbonetos;Em contra partida o fluido deve ser pseudoplástico (viscosidade variando com a taxa de cisalhamento), tixotrópico (Propriedade do escoamento – Viscosidade variando com o tempo) e apresentar capacidades de gelificação (desenvolvimento de estrutura - gel -durante parada)durante parada).

Componentes:Fase líquida:Fase líquida:- Água;- Óleo;- Sintéticos (Polímeros: amido, celulose).Sólidos:- Argilas (bentonita);- Material adensante (Carbonato de cálcio, barita, hematita);Sólidos Dissolvidos:- Sais;- Aditivos químicos (viscosificantes, agentes de controle de filtrado, inibidores, lubrificantes material de controle de corrosão e alcalinidade etc )lubrificantes, material de controle de corrosão e alcalinidade, etc...)

Após revestida a fase do poço precisa ser cimentada para garantira o total isolamento e integridadeApós revestida, a fase do poço precisa ser cimentada para garantira o total isolamento e integridade do revestimento. A unidade de cimentação da sonda fará o deslocamento da pasta de cimento, substituindo o fluido de perfuração contido no poço.

A completação consiste em transformar o poço perfurado em uma unidade produtiva. O poço passa a produzir óleo/gás, gerando receitas.

Kick

É a invasão dos fluidos da formação para dentro do poço. Ocorre quando a hidrostática do fluido de perfuração fica menor que a pressão do reservatórioperfuração fica menor que a pressão do reservatório.

A condição acima pode ser provocada por:Perfuração não prevista de zonas com pressão anormalmente alta.Lama cortada por gásLama cortada por gás.Não abastecimento do poço durante as manobras (trip tank).Pistoneio.

Indícios de kickIndícios de kickPoço em fluxo com as bombas desligadas.Aumento do volume de lama nos tanques.Aumento da taxa de penetração.Aumento da velocidade das bombasAumento da velocidade das bombas.

Controle do kickFechamento do poço (BOP) na primeira suspeita.Expulsão do fluido invasor mantendo pressão constante no fundoExpulsão do fluido invasor mantendo pressão constante no fundo.Substituição do fluido de perfuração por outro mais pesado mantendo pressão constante no fundo.Retirada de possível gás trapeado abaixo da gaveta do BOP.O controle da pressão no fundo é feito através de ajustes no choke.

Blow outBlow outFluxo incontrolável de fluidos da formação para dentro do poço.Macondo well (Golfo do México):

Blow outBlow outFluxo incontrolável de fluidos da formação para dentro do poço.Macondo well (Golfo do México):