aula 2 - operações de poços -

Engenharia de Petróleo

Roberta Souza

Aula 2

Ementa

1. Introdução

2. Poços de Petróleoa. Definiçãob. Classificaçãoc. Custos e Fatores que mais oneram a perfuração

3. Operação de Perfuração de Poços de Petróleoa. Métodos de Perfuraçãob. Unidades de Perfuração Marítimasc. Coluna de Perfuração;d. Operações de rotina;e. Operações Específicas

4. Operação de Completação de Poços de Petróleoa. Definiçãob. Classificaçãoc. Equipamentos

5 . Operações de Produção de petróleo.a. Definiçãob. Classificaçãoc. Equipamentos

6 . Operações de Intervenção (workover) em Poços dePetróleo;

a. Definiçãob. Classificaçãoc. Equipamenos

Sistema de Movimentação de Cargas

• Permite movimentar as colunas de perfuração,

de revestimento e outros equipamentos.

• Principais componentes do sistema:

– Guincho

– Bloco de coroamento

– Catarina

– Cabo de perfuração

– Gancho

– Braço de elevação

– Elevador

Guincho (Draw work)

• É o elemento que movimenta o cabo , sendo por isso responsável pela movimentação vertical das tubulações no poço.

• Recebe a energia mecânica necessária para a movimentação de cargas.

• O guincho também assegura a freagem das cargas sempre que preciso.

• Pela sua importância o guincho é considerado o coração da sonda, pois é baseado na sua capacidade que se caracteriza uma sonda.

Componentes do Guincho

• Tambor Principal – Aciona o cabo de perfuração

• Tambor Auxiliar ou de Limpeza – Movimenta

equipamentos leves no poço

• Freios – Para ou retarda o movimento de descida

• Molinetes – Permite tracionar cabos ou cordas

• Embreagens – Permite tracionar cabos ou cordas

• Tambor Principal

– Armazena comprimento de

cabo necessário às

manobras;

– Transmite o torque

requerido para içar e frear

a coluna;

– Aciona o cabo de

perfuração movimentando

as cargas dentro do poço.

• Freio

– Realiza as funções de parar ou retardar o movimento de descida

de carga no poço.

– Controla a velocidade de movimentação da carga.

– Permite a aplicação e controle de peso sobre broca.

– Dois tipos de Freio:

• Principal (mecânico) – é mecânico por fricção e tem a função de

parar e assim manter a carga que está sendo movimentada.

• Secundário ou Auxiliar (Hidraúlico) – tem a função de diminuir a

velocidade de descida da carga de modo a facilitar a atuação do

freio principal.

• Tambor auxiliar ou de limpeza

– Movimenta equipamentos leves no poço.

– Localiza-se acima do tambor principal, instalado no eixo secundário do guincho.

• Molinetes– Mecanismo tipo embreagem que permite tracionar cabos ou

cordas.

– Tipos

• Chaves flutuantes – para apertar ou desapertar as conexões da coluna de perfuração ou revestimentos.

• Cathead – permite o içamento de pequenas cargas quando nele for enrolada uma corda chamada catline. Faz a elevação auxiliar de equipamentos

• Embreagem

Bloco de Coroamento (Crown Block)

É um conjunto de 4 a 7 polias localizadono topo da torre ou mastro, por onde passao cabo de aço (cabo de perfuração).

• Instalado na parte superior

da torre.

• Suporta todas as cargas que

lhe são transmitidas pelo

cabo de perfuração.

CatarinaÉ um conjunto de polias (3 a 6) móvel por onde passa o cabo de perfuração. Na parte inferior encontra-se uma alça pela qual é preso o gancho.

• Pelo movimentação do

cabo passado entre as

polias do bloco de

coroamento e as suas, a

catarina se movimenta ao

longo da altura da torre.

Cabo de perfuração

É um cabo de aço trançado em torno de um núcle

o ou alma sendo que cada trança é formada por

diversos fios de pequeno diâmetro e aço especial.

Gancho• O gancho é um equipamento complementar da

Catarina• Sustenta a coluna de Perfuração.• internamente possui um sistema de amortecimento

para evitar que os golpes causados na movimentação das cargas propaguem para a catarina.

Gancho

Catarina

• Braço de Elevação

– É o equipamento usado para segurar a tubulação durante a movimentação.

Elevador

• É um equipamento com a forma de anel

bipartido.

• É utilizado para segurar e movimentar

elementos tubulares (tubos de perfuração e

comandos).

Sistema de Elevação e Movimentação de Carga

O cabo proveniente do carretel é

passado e fixado numa ancora

situada próximo a torre. Daí, ele é

passado no sistema bloco-catarina

e enrolado e fixado no tambor do

guincho.

Bloco de coroamento (Crown Block)

Guincho (Drawworks)

Catarina (Traveling Block)

Âncora

Sistema de Rotação

• Nas sondas convencionais, a coluna de perfuração é girada pela mesa rotativa.

• Nas sondas equipadas com top drive a rotação é transmitida diretamente ao topo da coluna de perfuração por um motor acoplado à catarina.

• Ainda existe a possibilidade de se perfurar com um motor de fundo, colocado logo acima da broca.

Principais equipamentos

Mesa Rotativa

• Transmite rotação à coluna de perfuração e permite o livre deslizamento do kelly no seu interior.

• Apóia a coluna de perfuração, suportando o seu peso, quando em manobra ou conexão.

• É o elemento que transmite a rotação proveniente da mesa rotativa à coluna de perfuração.

• Pode ser quadrada ou hexagonal.

Kelly

• Em sondas terrestres é mais comum o kelly de seção quadrada.

• Em sondas marítimas é mais comum o kelly de seção hexagonal, pela sua maior resitência à tração, torção e flexão.

• Bucha do Kelly

– É o elemento de ligação entre a mesa rotativa e a coluna de perfuração.

Kelly

Bucha de

Kelly

Mesa

Rotativa

• Cabeça de injeção ou swivel

– Transmite o peso da coluna para o gancho.

– Equipamento que separa os elementos rotativos daqueles estacionários.

• Sendo assim, a parte superior não gira e sua parte inferior deve permitir rotação.

• Injeta fluido de perfuração no interior da coluna de perfuração suportando a pressão de bombeio.

• Permite a junção dos Sistemas– De Circulação

– De Movimentação e Elevação de Carga

– De Rotação

Cabo de aço (Drilling Line)

Catarina (Traveling Block)

Gancho (Hock)

Cabeça de Injeção (Swivel)

Kelly

Bucha de Kelly

Brucha Principal

Elevador

• Existem dois outros sistemas alternativos

de aplicação de rotação na broca:

– Top Drive

– Motor de Fundo

• Top drive

– Elimina o uso da

mesa rotativa, kelly e

bucha do kelly.

– Perfura o poço de

três em três tubos, ao

invés de um em um

como na mesa

rotativa.

• Motor conectado no topo da coluna

• Desliza sobre trilhos

• Fixado a torre

• Permite movimen-

tação vertical da coluna

• Vantagens:

– Perfura por seção

– Menor número de conexões

– Permite retirada ou descida

da coluna com circulação e

rotação

– Imprescindível em poços

horizontais e com grande

afastamento

• Motor de Fundo

– Motor hidráulico tipo turbina ou de deslocamento positivo é colocado acima da broca;

– Largamente empregado na perfuração de poços direcionais;

– O torque é gerado pela passagem do fluido de perfuração no seu interior. Neste caso, a coluna de perfuração não gira e o torque imposto a ela é nulo, reduzindo seu desgaste.

Sistema de Circulação

• São os equipamentos que permitem a circulação e o tratamento do fluído de perfuração.

Numa circulação normal, o fluído de perfuração é bombeado através da coluna de perfuração até a broca, retornando pelo

espaço anular até a superfície,

trazendo consigo os cascalhos

cortados pela broca.

Principais Equipamentos

• Fase de Tratamento

– Peneira de Lama

– Desareiadores

– Dessiltadores

– Mud Cleaner

– Desgaseificador

– Centrífuga

• Fase de Circulação

– Tanques de Lama

– Bombas de Lama

– Tubo Bengala

– Mangueira de Lama

– Funil de Mistura

• Tanque de lama

– Servem para armazenar o fluido.

• Agitadores e Misturadores

– Servem para homogeneizar a lama

– Podem ser de fundo ou de pistola

• Bomba de Lama

– Fornecem energia ao fluido para ele circular pelo

poço.

• Tubo bengala – tubo rígido que conduz a o fluido até

a mangueira de lama.

• Mangueira de lama - recebe o fluido e conduz até o

swivel.

• Swivel – responsável pela injeção de fluido no

interior da coluna de perfuração

Bomba

Tubo Bengala Mangueira

Swivel

Kelly

Interior da Coluna

Jatos da BrocaAnular

Fluido de Perfuração

• Historicamente, quando foi introduzido junto com a perfuração rotativa, a finalidade do fluido de perfuração era simplesmente a remoção do cascalho produzido pela broca no fundo do poço. Nestas circunstâncias, qualquer tipo de fluido capas de realizar esta função podia ser considerado um fluido de perfuração: água, ar,gás natural, sólidos em suspensão na água, emulsões.

• Com o progresso tecnológico e as exigências dos órgãos ambientais, o fluido de perfuração tornou-se uma mistura complexa de sólidos, líquidos e produtos químicos.

Trajetória do Fluído de Perfuração

Sustentar as

Paredes do Poço

Garantir Segurança

Operacional e

Proteção ao Meio-

Ambiente

Resfriar a Broca

Minimizar

Problemas de

Torque e Arraste

Evitar Danos à

Formação

Produtora

Manter Sólidos em

Suspensão

Inibir a Reatividade

de Formações

Argilosas

Prevenir Corrosão

da Coluna e

Equipamentos de

Superfície

Carrear os

Cascalhos

Perfurados pela

BrocaFunções

do

Fluido

de

Perfuração

• Fase de tratamento do fluido– Eliminação de sólidos ou gás que se incorporam ao fluido

durante a perfuração e na adição de produtos químicos quando necessário.

• Equipamentos de extração de sólidos

DESSILTADOR

MUD CLEANER

DESAREADOR

DESGASEIFICADOR

PENEIRA DE LAMA

CENTRÍFUGA

• Peneira Vibratória

– Separa os sólidos do fluido de perfuração,

tais como cascalhos e grãos maiores que

areia.

Peneira de Lama

• Desareiador

– Conjunto de dois a quatro hidrociclones de 8”

a 20” que separam a areia do fluido.

• Dessiltador

– Conjunto de 8 a 12 hidrociclones de 4” a 5”

que descarta as partículas de dimensões

equivalentes ao silte

• Mud cleaner

– Dessiltador com peneiras que permite recuperar

partículas.

– Parte deste material é descartado e parte retorna ao

fluido, reduzindo gastos com aditivos.

• Centrífuga

– Retira partículas ainda menores que o silte e que não tenham sido descartadas pelos hidrociclones.

AB

C

E

D

• Desgaseificador

– Retira o gás contido no fluido de perfuração quando necessário, como por exemplo durante a perfuração de uma formação portadora de gás.

– As partículas de gás se incorporam ao fluido de perfuração e sua recirculação no poço é perigosa.

http://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/k

ickback_final.html

Sistema de

Circulação

1. FLUIDO

2. BOMBA

3. TUBO BENGALA

4. SWIVEL

5. TUBO DE

PERFURAÇÃO

6. JATO

7. ANULAR

8. PENEIRA

9. FILTRAGEM DO

FLUIDO6

7

A circulação consiste em

se manter apenas o

fluido sendo bombeado,

sem peso sobre a broca,

assim não se tem avanço

na perfuração e apenas

consegue-se a limpeza do

poço.

Torre

Subestrutura

Serve para criar um espaço

abaixo da Torre para

possibilitar a movimentação e

Instalação do BOP (Blow Out

Preventer)

Prover a Altura

necessária ao içamento

dos tubos a serem

descidos ou retirados

Conjunto de polias fixas, em geral de 4

a 6, dispostas em linha num eixo

central suportado por dois mancais de

deslizamento

Conjunto de polias móveis, justapostas num

pino central. Pela movimentação do cabo

passado entre as polias do bloco de

coroamento e as suas, a catarina se movimenta

ao longo da altura da torre, fazendo assim o

deslocamento das cargas no poço.

Elemento de Ligação da Carga ao Sistema de

Polias. Serve para amortecer o impacto,

durante a movimentação das cargas

Responsável pela movimentação

vertical da Tubulação (coluna)

no Poço

Transmite rotação ä coluna

de perfuração

Também chamado de Cabeça de Injeção, é o

elemento de ligação dos sistemas de

Sustentação, de Rotação e o de Circulação

Responsável pela movimentação

dos fluidos no poço

Sistema de Segurança do Poço

Sistema de Segurança do Poço

• É constituído dos Equipamentos de Segurança de Cabeça de Poço (ESCP) e de equipamentos complementares que possibilitam o fechamento e o controle do poço

• Função

– Impedir que os fluidos das formações atinjam a superfície de maneira descontrolada

• Independente se a sonda é terrestre ou marítima, todas tem os chamados sistema de segurança de um poço, o qual é composto por vários equipamentos que tem como função a Detecção, a Prevenção e o Controle de Poço.

• Entre as principais funções desse sistema de segurança de poço citamos:

– Permitir o fechamento do poço na ocorrência de um influxo (kick),

– Bombear fluido para o interior do poço para promover o seu controle,

– Permitir o controle das pressões enquanto o fluido invasor é expulso para fora do poço

• Kick é um influxo indesejável e não esperado, que pode ocorrer da formação para dentro do poço.

– Ocorre quando a pressão no poço, em frente a uma formação permeável, fica menor que a pressão de poros dessa formação.

– O fluido invasor pode ser de água, óleo ou gás.

• Blowout é um fluxo descontrolado. Pode ocorrer na superfície ou sub-superfície (Underground Blowout).

Principais Elementos do Sistema de Segurança

• Cabeça de Poço

• Preventores (BOP = Blow Out Preventer)

– Anular

– Gaveta• Vazadas (Pipe Ram)

• cegas (Blind Ram)

• Cisalhantes (Shear Ram)

• Outros equipamentos:

– Unidade Acumuladora/Acionadora - Os preventores são acionados hidraulicamente através de unidades instaladas estrategicamente na sonda.

– Painéis Remotos de Controle

– Linhas de Matar e do Choke

• O mais importante desses equipamentos é o BOP= Blow Out Preventer

• BOP

– É um conjunto de válvulas que permite fechar o poço

– Evita que o fluxo de fluido vindos da formação, saia para a superfície

Cabeça de Poço

• É a denominação dada ao conjunto de equipamentos localizados na superfície que completam a arquitetura do poço.

• A sua composição varia de acordo com as fases da perfuração do poço, considerando que cada revestimento descido deve estar fixado na superfície através de equipamentos que garantam a sua sustentação e estanqueidade, permitindo a instalação dos equipamentos de segurança.

• Principais componentes da cabeça do poço: Cabeça do revestimento; carretel de revestimento e cabeça de produção.

• Será melhor detalhada na fase de completação

Preventores(BLO = Blow Out Preventer)

• Os preventores fazem a vedação em torno da coluna de perfuração ou o fechamento de todo o poço, caso o mesmo esteja vazio. Existem dois tipos de preventores que realizam esta função:

• Preventor Anular (bag type preventer) e Preventor de Gaveta, que fecha o espaço anular do poço sendo acionado por dois pistões hidráulicos.

– As gavetas podem ser do tipo cegas ou de acordo como o diâmetro dos tubos.

• O arranjo físico dos preventores bem como as quantidades variam conforme o poço havendo no mínimo 3 unidades.

BOP Anular

• É constituído de um elemento de borracha bastante volumoso, que fecha em torno dos tubos de perfuração e acionado por um pistão.

• Este preventor tem a vantagem de poder-se regular a pressão de fechamento da borracha em torno dos tubos.

• Atua em qualquer diâmetro de tubulação e pode até mesmo fechar sem coluna, embora este procedimento cause dano ao elemento de borracha.

• É o mais usado dos preventores.

Fecha contra quase qualquer elemento tubular

BOP Anular

BOP DE GAVETA

• Tem a função de fechar o

espaço anular do poço

pela ação de dois pistões

que ao serem acionados

hidaulicamente deslocam

duas gavetas, uma contra

a outra, transversalmente

ao eixo do poço.

GAVETA

FECHADA

GAVETA

ABERTATOO JOINT

BOP de Gaveta

• O preventor de gavetas pode ser encontrado em conjuntos com uma, duas ou três gavetas, podendo ter saídas laterais.

• As gavetas podem ser de três tipos:

– Vazadas (Pipe Ram)

– cegas (Blind Ram)

– Cisalhantes (Shear Ram)

BOP Gaveta

Fecha contra o elemento tubular

Gaveta Vazada

• Gaveta Vazada - Permite o fechamento do anular do poço ao redor de uma coluna de diâmetro específico, para o qual foi projetada;

Gaveta Cega / Cisalhante

• Gaveta Cega - Projetada para fechar e selar o poço quando não há ferramenta dentro do mesmo;

• Gaveta Cisalhante - Tipo especial de gaveta cega que, ao ser fechada com a coluna no poço, provoca o seu corte e fechamento do poço. Deve ser instalada sempre acima de uma gaveta vazada de forma que, numa operação de corte, a coluna possa ser apoiada, através do tool joint, na gaveta vazada e aí então cortada, evitando a queda no poço.

Gaveta cega

Gaveta cisalhante

Esquema de Preventor de Gaveta

• Atuação da Gaveta Cisalhante (Figura Esquemática).

Arranjo dos Preventores

• Nas plataformas terrestres se utilizam 3 preventores: 1 anular e 2 de gaveta

BOP ANULAR (Annular BOP)

BOP DE GAVETA (Ram’s Type BOP)

BOP DE GAVETA (Ram’s Type BOP)

LINHA DE

AMORTECIMENTO(Kill Line)

LINHA DE CHOKE(Choke Line Valve)

BOP TERRESTRE

Localização

Arranjo dos Preventores

• Nas plataformas marítimas há duas possibilidades:

– Nas plataformas fixas ou apoidas no fundo do mar em que os equipamentos operam na superfície, se trabalha com 1 preventor anular e 3 ou 4 de gavetas

– Nas plataformas flutuantes, navios e semi-submersíveis, em que os equipamentos de segurança operam no fundo do mar, se trabalha com 2 preventores anulares e 3 ou 4 de gaveta

BOP Submarino

BOP Submarino

ROV

Kick

É um influxo indesejável e não

esperado, que pode ocorrer da

formação para dentro do poço.

Índicios do Kick

• Aumento de volume nos tanques de lama

• Aumento de vazão de retorno

• Poço em fluxo com as bombas desligadas

• Aumento do volume de lama nos tanques

• Aumento da taxa de penetração

• Aumento da velocidade das bombas

Causas do Kick

• Falta ou incorreto controle do volume

de fluido no poço, durante a manobra

• Pistoneio

• Perda de Circulação

• Peso de Lama Insuficiente

• Corte da Lama por Gás (deve-se

circular)

Operação de Controle de Poço

• Quando o kick é detectado:

– Fechar o poço pelo BOP

– Circular o fluido invasor para fora do poço

– Circular um fluido mais denso para

controlar o poço

– Retirada de possível gás trapeado abaixo

da gaveta do BOP

– Abrir o BOP e voltar a perfurar

• É muito importante o controle do Kick,

para evitar que se transforme num

Blowout, e para isso, os equipamentos

de segurança devem estar devidamente

testados e a equipe preparada, para o

correto e imediato fechamento do

poço.

Blow Out

É um fluxo descontrolado. Pode

ocorrer na superfície ou sub-superfície

(Underground Blowout).

Unidade

Acumuladora/Acionadora

• Acumuladores de pressão são

equipamentos que fornecem energia para

que o BOP seja acionado em um intervalo

de tempo de 5 segundos ou menos.

• Além disso, esses equipamentos mantém

o BOP fechado pelo tempo necessário.

Unidade acumuladora/acionadoraPainel de Controle

Remoto

Choke - Manifold

Sistema de Monitoração

• Sabe-se que para atingir maior eficiência e economia na perfuração é preciso uma perfeita combinação entre vários parâmetros.

• Sendo assim, surgiram os equipamentos para o registro, medição e controle desses parâmetros de perfuração que compõe o Sistema de Monitoração.

Sistema de Monitoração

• Neste sistema estão incluídos todos os

equipamentos envolvidos com a medição

dos parâmetros de perfuração:

– Sensores

– Transmissores

– Indicadores

– Registradores.

Principais Equipamentos

• Indicador de Peso no gancho

• Indicador de Peso sobre a broca

• Manômetro – indica a pressão de bombeio

• Tacômetro – mede a velocidade da mesa rotativa e bomba de

lama

• Torquímetro – para medir torque na coluna de perfuração, mesa

rotativa e torque aplicado nas conexões da coluna de perfuração

ou revestimento

Principais Equipamentos (cont.)

• Indicador do Nível dos Tanques: é importante na segurança do

pessoal e da sonda. Detecta qualquer variação brusca no nível

de lama nos tanques.

• O principal registrador é o que mostra a taxa de penetração da

broca (serve para avaliar as mudanças das formações

perfuradas, o desgaste da broca e a adequação dos parâmetros

de perfuração)

• Outro equipamento de fundamental importância é utilizado para orientação da broca em relaçao ao seu objetivo, através do qual é possível alcançar o ponto exato previsto para exploração do reservatório. Esse equipamento é de alta tecnologia e permite o direcionamento do processo de perfuração

Cabine do Sondador NS2

Sala de Posicionamento Dinâmico

NS22

Geolograph

Indicador de Peso Manômetro

Mesa do Sondador - Terra

CPM DA BOMBA

DE LAMA

VARIAÇÃO DO VOLUME

DE LAMA

VOLUME NO

TRIP TANQUE

RETORNO

DE LAMA

TOTALIZADOR

DE CPM VOLUME TOTAL

DE LAMA

PESO SOBRE

A BROCA

CPM

PRESSÃO DE

BOMBEIO RPM DA

M.R.

TORQUE

ELÉTRICO

TORQUE NA

CHAVE FLUTUANTE

TORQUE DA

MESA ROTATIVA

TORQUE

ELÉTRICO

PAINEL DO SONDADOR

Sistemas Auxiliares

• São os equipamentos que dão apoio aos

outros sistemas: Compressores (para

alimentar a rede pneumática da sonda),

geradores de corrente alternada (para

alimentação dos alojamentos e iluminação

da sonda).

• Atuam de acordo com a necessidade de

uma sonda de perfuração.

CROWN BLOCK

MAST

CATLINE BOOM MONKEY BOARD

STAND PIPE

TUBING BOARD

CATWALK

PIPE RACK

DRILL PIPE

HYDRAULIC POWER UNIT

JUNK BIN

ACCUMULATOR

DRILLING LINE SPOOL

WAREHOUSE

CABLE TRAY

WATER TANK

MUD SACK

STORAGE

PUMPS AND HOPPER

MUD PUMP

MUD TANKS

FLARE LINE

DOG HOUSE

GENERATORS TYPICAL LAND RIG

TRAVELING BLOCK

TOP DRIVE

DRILLING LINE

DRAWWORKS

ROTARY HOSE

SHALE

SHAKER

MUD CLEANER

DEGASSER

AGITATOR

MUD GUNTRIP TANK

DRILLER’S CONSOLE

PIPE SETBACK AREA

ROTARY TABLE

RIG FLOOR

SUBSTRUCTURE

BLOWOUT PREVENTER

PIPE RAMP CHOKE MANIFOLD

CUTTINGS CONVEYOR

1. Crown Block and Water Table

2. Catline Boom and Hoist Line

3. Drilling Line

4. Monkeyboard

5. Traveling Block

6. Top Drive

7. Mast

8. Drill Pipe

9. Doghouse

10.Blowout Preventer

11.Water Tank

12.Electric Cable Tray

13.Engine Generator Sets

14.Fuel Tanks

15.Electric Control House

16.Mud Pump

17.Bulk Mud Components Storage

18.Mud Pits

19.Reserve Pits

20.Mud Gas Separator

21.Shale Shaker

22.Choke Manifold

23.Pipe Ramp

24.Pipe Racks

25.Accumulator

Sistemas de Subsuperfície

• São sistemas compostos pela coluna de

perfuração e acessórios, bem como pelas

brocas, os quais serão abirdados na

sequencia.

• Coluna de Perfuração

• Tipos de brocas

• Revestimento do poço

• Cimentação do poço

• Perfilagem do poço

• Canhoneiro

• Completação do poço

Considerações Finais

As operações de perfuração de poços depetróleo são bastantes complexas, onerosas edividem-se em: de rotina e específicas. Taisoperações possuem características e detalhes quevalorizam as diversas áreas do conhecimento.