Minicurso parte 2
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Minicurso parte 2
Agenda PERFURAÇÃO de POÇOS DIRECIONAIS e HORIZONTAIS – Parte 2 1 – Introdução & Conceitos 2 - Planejamento Direcional 3 – BHA Direcional 4 – Equipamentos para Perfuração Direcional e de Registro da Trajetória Professor: Rafael Castro Msc. Engenharia de Petróleo (UNICAMP) Engº de Petróleo (Petrobras) 5 – Operação e Acompanhamento (Boas Práticas & Email: [email protected] Tel.: (79) 9127-3354 / (79) 3212-2244 Tópicos Especiais) Campina Grande, Maio de 2015 BHA (Bottom Hole Assembly) Principais Componentes • Principais componentes da coluna • Drill Pipe (DP) - Tubos • Heavy Weight Drill Pipe (HW) • Drill Collar (DC) – Comandos • Outros componentes importantes • MWD, LWD, PWD • Drilling Jar (DJ) • Estabilizadores • Sub’s, Float collar, Alargador etc • Brocas • É a composição de fundo da coluna de perfuração, da broca até os Heavy Weights (HW’s); • Contribuem no: – Peso e Rotação da Broca – Direcional do Poço – Segurança e integridade da coluna, com equipamentos que evitam prisão e desgastes dos componentes – Informações sobre o poço durante a perfuração (MWD, PWD e LWD) • Principais componentes: – – – – – Broca Motor de Fundo, MWD, LWD Drilling Jar (DJ) Sub’s (adaptadores com funções diversas) Comandos, HW’s, Estabilizadores etc Tubo de perfuração (Drill Pipes) • Em geral, não devem trabalhar sob compressão, apenas tracionados, pois são muito flexíveis; • Nesses casos, portanto, não contribuem com peso sobre a broca; • Pode trabalhar sob compressão limitada em alguns casos particulares: – Em fases de pequeno diâmetro, onde a flambagem é limitada pela parede do poço – Em trechos de grande inclinação (horizontal ou próximo), onde a gravidade ajuda a limitar a flambagem • Em poços de grande extensão, pode-se utilizar DP’s com diâmetros maiores (5 ½”, 6 5/8”) para amenizar as perdas de carga no sistema (pressão de circulação). Heavy Weight Drill Pipe (Tubos pesados) – Transmitir rotação à broca – Conduzir a lama de perfuração em seu interior – Promover PSB (depende do diâmetro do poço) – Evitar uma passagem brusca de rigidez entre os DP’s e DC’s, pois tem rigidez intermediária • Possui o mesmo diâmetro externo dos DP’s, porém com diâmetro interno menor (maior espessura de parede); • Pesos usuais: 25,3 - 49,3 Lb/pé • Possuem reforço (upset) no centro do tubo Caixa Drill Collars (Comandos) • São tubo metálicos e rígidos, que possuem as seguintes funções: – – – – Transmitir rotação à broca Conduzir a lama de perfuração em seu interior Promover PSB (peso sobre broca) Interferir na trajetória do poço • Diâmetros usuais: 9”, 8 ¾”, 7”, 6 ¾” etc; • Por serem robustos (parede espessa), podem trabalhar comprimidos, transmitindo PSB; • Podem ser de dois tipos quanto à textura externa: – Lisos – Espiralados (importante para evitar prisão de coluna por diferencial de prisão) Comando Liso • São tubo metálicos e semi-rígidos, que possuem as seguintes funções: Pino Comando Espiralado • São tubo metálicos e flexíveis, que possuem as seguintes funções na Perfuração: – Transmitir rotação à broca – Conduzir a lama de perfuração em seu interior – Comunicar a MR aos componentes de fundo (BHA – Bottom Hole Assembly) • Diâmetros usuais: 5”, 4 ½” e 3 ½”; • Peso Linear: cerca de 19 Lb/Pé; • São utilizados como coluna de trabalho para descida de: – Revestimentos no Mar – Equipamentos de Pescaria, Teste de Formação, Testemunhagem etc – Coluna com extremidade aberta (pata de mula) para realização de tampões de cimento Tubo de perfuração (Drill Pipes) K-MONEL É um tipo de DC não magnético (Non Magnetic Drill Collar - NMDC), cuja finalidade é alojar equipamentos de leitura magnética para medições direcionais. Estabilizadores • São elementos tubulares da coluna de perfuração que apresentam as seguintes funções: – Estabilizar o BHA – Controlar a trajetória do poço – Centralizar os Comandos no centro do poço e reduzir vibração lateral e desgaste – Prevenir prisão por diferencial de pressão Estabilizadores A posição dos estabilizadores determinam o comportamento da coluna. De maneira geral um estabilizador perto da broca tendem a fazer a coluna ganhar ângulo (coluna alavanca), já estabilizadores longe tendem a fazer a coluna perder inclinação (coluna pêndulo), mas colunas com muitos estabilizadores tendem a manter a inclinação (coluna empacada) Ferramentas Defletoras • Ferramentas Defletoras – Motor de Fundo – RSS (Rotary Steerable System) – Turbinas – Outros equipamentos e técnicas (jateamento, calhas defletoras etc...) • Ferramentas de Medição e Acompanhamento – MWD, LWD – Equipamentos Magnéticos e Gravitacionais Técnicas para direcionar o poço WHIPSTOCK Método para desviar o poço da direção vertical a partir de calha defletora Motor de Fundo • É um dos equipamentos mais utilizados para direcionamento do poço devido: – Longo histórico de utilização (desde anos 60) – Desenvolvimento tecnológico para uma grande range de aplicações – Alta capacidade de gerar desvios (Doglegs) – Baixo Custo – Grande disponibilidade de equipamentos e operadores Motor de Fundo The motor acts as a power transducer, converting hydraulic energy into mechanical energy Gooseneck Swivel Kelly Kelly Hose Standpipe Pumps Tanks Drill String MOTOR Motor de Fundo • É um equipamento formado por um motor do tipo PDM (Positive Displacement Motor) atuando em conjunto com uma ferramenta defletora (Bent Sub) • O motor de fundo é um motor hidráulico conectado logo acima da broca e movimentado pelo fluxo de fluido de perfuração que circula em seu interior • Tem como função transmitir rotação e torque a broca sem necessidade de girar a coluna de perfuração • Sistema SS Steerable System: Motor PDM + Bent Housing Ajustável Bit Motor de Fundo (MF) • Equipamento que permite o direcionamento do poço através da Tool Face; • Utiliza a vazão de fluido para rotacionar a broca, mantendo a coluna acima dele estacionária; • Conjunto Rotor x Estator: Quanto maior o número de lóbulos, Maior o Torque e a Pressão de bombeio. Quanto menos lóbulos, Maior a Rotação. Motor de Fundo (MF) • O MF tem limites máximos e mínimos de vazão de fluido para funcionar; • Quando comprimido, o ∆P do MF aumenta, podendo atingir o seu limite máximo de trabalho a compressão (stall), ocasionando sua “Stolagem”, podendo levar ao dano permanente; • Constante (razão) do MF, em Revoluções por galão: – Rotação da broca = C x Q (vazão, em gpm) – Ex.1: Qual a rotação de uma broca com MF a uma vazão de 500 gpm, se a constante é 0,25? – Ex.2: Neste caso acima, qual a rotação total da broca, se a MR também gira, a 50 RPM? Motor de Fundo - Seções Oriented Drilling (without string rotation) for drilling of curves Rotary Drilling (with string rotation) for drilling of straight/ tangents sections Bent Housing Ajustável Se encontra na seção da transmissão. Permite o ajuste do ângulo do motor geralmente de 0 a 3°. Ângulo do Bent Housing Vs Capacidade de DogLeg Seção de Potência: Rotor & Estator Seção de Potência: Rotor & Estator • A diferença entre o número de lóbulos do rotor e estator resulta em um movimento excêntrico do rotor em relação ao eixo central do estator • Rotor: material metálico • Estator: elastômero (depende do fluido de trabalho) • O Torque do MF está relacionado com o número de Estágios • A vazão em função do número de lóbulos (razão rotor/estator) – MF Low Speed (Alto Torque) – 8/7; 7/6; 6/5 – MF Medium Speed (Médio Torque) – 5/4; 4/3 – MF High Speed (Baixo Torque) – 3/2; 2/1 Tipos de Motores Halliburton 27 Cálculo Dogleg (BUR) – Teoria dos pontos de Contato Ajuste do Fit Procedimento: - Medir diâmetro do rotor e estator -Input: -Temperatura de fundo do poço - Diâmetros rotor e estator - Tipo de fluido (inchamento do Estator) - Ajuste do fit através do software - Para poços alta temperatura: deixar um Fit folgado Convencional x Even Wall Geometria do Lóbulo Os dois rotores ao lado têm perfis idênticos e mesmo número de lóbulos mas diferem no comprimento da seção. Lower Speed 1/2 Stage Estator Convencional Características Convencional: Estator “Even Wal” ou com espessura constante de elastômero Características Even Wall: - Maior versatilidade no número de lóbulos - Melhor operação em ambientes HT - Maior capacidade de expansão da borracha - “Fit” ajustável para temperatura do poço pelo rotor - “Fit” ajustável para a temperatura do poço pelo estator (borracha) - Maior dissipação de calor - Maior chance de desgaste e ruptura Estágios mais compridos e longos giram menos (menor velocidade); - Maior capacidade de torque - Atentar para o diferencial de pressão Higher Speed 1 Stage 5 5 Estágios mais curtos (lóbulos mais inclinados) permitem mais velocidade Curva Característica do Motor Stall do MF - Acima do máximo de pressão diferencial, ocorre perda (vazamento) do fluido entre o selo rotor/ estator que formam as cavidades e a rotação/ torque aplicados à Broca diminuem. Quando essa pressão diferencial se eleva, produz um efeito chamado Stall, ou seja, o rotor perde o movimento de rotação. ROLAMENTOS • NÃO SELADO – LUBRIFICADO PELO FLUIDO DE PERFURAÇÃO • SELADO(BLINDADO) – LUBRIFICADO COM ÓLEO ROLAMENTO NÃO SELADO - Rolamentos lubrificados pelo by-pass do fluido de perfuração; - Deve-se calcular uma hidráulica otimizada de acordo com a operação. - Contra-pressão em torno de 200 psi - Otimização de hidráulica com jatos - 5% a 8% do fluido não passa pela broca Inspeção da folga dos rolamentos Inspeção da folga dos rolamentos Este procedimento deve realizado antes e após a corrida. ser Caso a folga seja excessiva (maior que o permitido pelo fabricante), recomenda-se a substituição do motor e enviar o danificado para manutenção. Eixo de Transmissão A energia produzida pelo rotor/estator é transmitida ao eixo de saída do motor através de um eixo com acoplamentos flexíveis. Este eixo articulado é chamado de “eixo universal” ou “eixo flexível”. A função principal dele é eliminar o movimento excêntrico do rotor e transmitir um movimento concêntrico ao eixo de acionamento da Broca. Falhas da power section Histerese do elastômero: ocorre devido a geração interna de calor devido ao ciclos de compressão e descompressão do mesmo pelo trabalho do rotor. Falhas da Power Section Ataque devido ao gás Falhas da Power Section Ataque devido ao fluido de perfuração. RSS – Rotary Steerable System • São basicamente de 2 tipos: – Push the bit • A coluna é forçada na direção desejada pela atuação de Pads que se projetam colidindo com as paredes do poço • Sua eficácia depende da qualidade das paredes do poço: poços arrombados, lavados e friáveis dificultam a geração de DogLegs – Point the bit • A broca é apontada na direção desejada no fundo do poço devido a atuação de um eixo dobrável • Mais eficiente que o sistema Push the bit pois não depende da qualidade das paredes do poço RSS – Push The Bit RSS – Push The Bit RSS – Point The Bit Ex: PowerDrive Control Shaft Disk Valve RSS – Point The Bit RSS – Point The Bit Point the Bit (Ex: GeoPilot) Posição Deflexão Deflexão Neutra Máxima Intermediária Geo-Pilot Fulldrift Bit Profiles Brocas Fulldrift - Vantagens Long gauge bits deliver better quality boreholes Point-the-bit RSS use long gauge bits Longer bit profile results in better hole quality and reduced vibration. Sistema de Controle do RSS Usado para controlar o Geo-Pilot™ durante a perfuração, transmitindo pulsos de pressão através da coluna de fuido, definindo a Tool Face e deflexão da ferramenta. LWD Upper oldham coupling Upper Clutch Eccentric Ring Assembly Home Sensors Hubs • Totalmente compatível com a telemetria do LWD / MWD (pulso bidirecional simultâneo) • Cria pulsos negativos no stand pipe Harmonic Gear • Permite alterar a Tool Face e o DLS sem parar a perfuração • Sistema mais rápido do mercado Clutch Plates Lower Taper Lock Ring New lower oldham coupling Upper High Speed Position Sensor Rotary Steerable PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO AUTOTRAK High Side Direction Equipamentos para registro Direcional Steering Vector Magnitude Ferramentas para Medição Direcional O survey é usado para definir um ponto no espaco, que no caso da perfuração, é usado para definir um ponto ao longo da trajetoria de um poco O survey é definido por: • Profundidade Medida • Inclinação • Azimute • Totco: Mede apenas a inclinação (Inclinômetro) • Single Shot Magnético (SSM): – Indica inclinação, direção (bússola magnética) e face da ferramenta (tool face) – Comando Não-magnético (K-monel) – Descido a cabo no poço ou lançado – Registro único por temporizador • Single Shot Giroscópio (SSG): – Indica inclinação, direção (bússola giroscópica) e face da ferramenta (tool face) – Por não ser influenciada pelo campo magnético, pode ser condicionada em comando magnético e próximo de outro poço ou revestimento – Registro único por temporizador SSM - Single Shot Magnético film disc compass Single Shot Camera camera batteries timer Ferramentas para Medição Direcional • Multi Shot Magnético (MSM): – Semelhante ao SSM, porém com registros contínuos e periódicos em um filme – Descido a cabo no poço ou lançado – Última fase (na retirada da coluna) (1) Inserindo a foto na câmara de revelação e (2) ponto indicando que a foto foi retirada • Multi Shot Giroscópico (MSG): ▫ Semelhante ao MSM, porém permite descer em colunas de produção ou poços já revestidos. Registro de Foto com a Bússola Magnética (SSM) Registro de Foto com a Bússola Magnética (SSM) Inclinação: 5 graus Direção: N45W • Registro de foto do poço – Inclinação – cada círculo concêntrico a partir do centro indica 1 grau. A inclinação é dada pela interseção da marcação em cruz com o círculo – Direção – passando uma reta pelo centro do círculo e pela marcação em cruz teremos a indicação em Rumo, na escala mais externa da foto Família WD (While Drilling) • • • • • MWD (Measurement WhileDrilling): Registro da trajetória do poço durante a perfuração, (p. ex.: pressão, temperatura e posicionamento em três dimensões no espaço). PWD (Pressure WhileDrilling): Medida de pressão no fundo do poço enquanto se perfura. LWD (Logging WhileDrilling): Medida de propriedades da formação (raios gama, resistividade, densidade, neutrãoe sônico) durante a perfuração do poço, através de ferramentas integradas ao BHA. (em memória e tempo real) Geosteering(geodirecionamento): Controle direcional intencional do poço baseado nos resultados das medicões/interpretações de perfis ao invés de seguir simples alvos posicionados no espaço, usualmente com a intenção de manter o poço dentro da payzone. Geostopping: Utilização dos dados de LWD para determinar a parada do poço em função de uma necessidade específica. MWD – Measurement While Drilling • Registro de Inclinação, Azimute, Tool Face, Vibração na Coluna etc • Transmissão por: – Pulsos na lama (Telemetria) – Ondas eletromagnéticas – DrillPipe Mud Pulse Telemetry Systems A hydraulic poppet valve momentarily restricts the flow of mud to generate an increase in pressure Gerador de pulsos em forma de onda da Schlumberger Controlled valve vents mud briefly to the annulus, decreasing the pressure Rotary valve (siren) restricts the mud flow to create a modulating positive pressure wave LWD – Logging While Drilling LWD – Logging While Drilling Medida de propriedades da formação (raios gama, resistividade, densidade, neutrão e sônico) durante ou logo após a perfuração (LAD) do poço, através de ferramentas integradas ao BHA. • • • • • • • • O BHA pode conter um ou mais sensores de LWD (Logging While Drilling), cujos tipos são: Raios Gama Resistividade Sônico Densidade Neutrão Ressonância Magnética Testes de Pressão Perfis de Imagem • • • • • • • • Raios Gama para identificar a argilosidade das formações Resistividade para identificar o tipo de fluido contido nos poros das rochas Sônicos para identificar a Porosidade das rochas Densidade para identificar a Densidade das rochas e o caliper do poço Neutrão para identificar a porosidade das rochas Ressonância Magnética identificam e tipificam os fluidos contidos na rocha (água, gás, óleo) e quanto deste fluido poderá ser extraído Testes de Pressão faz tomadas de pressão em pontos de interesse para identificar trechos do reservatório que estão com pressão original ou depletados. Perfis de Imagem são imagens geradas a partir dos perfis de resistividade, raios game e de densidade. Podem ter 4, 8, 16, 32 ou 64 setores. LWD Acompanhamento • SURVEYS – Ferramenta utilizada – Interferências magnéticas – Intervalo de Registro • Anticolisão • Desvio (Time drilling) • Poço de Alívio Acompanhamento Acompanhamento • O poço vertical com RT reduzido em relação à profundidade do poço, deve ser tratado como poço direcional na perfuração. Ex.: – PV = 600m / RT = 10 m – PV = 3500 m / RT = 30 m • Na maioria das vezes, em campos onshore no Brasil, é inviável utilizar o sistema RSS devido seu custo elevado. Neste caso utiliza-se o Motor de Fundo com MWD • O sistema RSS é de grande importância nos seguintes projetos: – Poços marítimos de grande orçamento – Poços Horizontais com navegação no reservatório – Poços ERW ou de trajetória 3D complexa ETC... • Trechos verticais: – Poços onshore: TOTCO ou SSM – Poços offshore: SS ou RSS • O Intervalo entre os registros depende de: – Complexibilidade da Trajetória – Dificuldade na execução direcional ou problemas de calibração/confiabilidade dos equipamentos – Geosteering e Geostopping • Os surveys oficiais em geral são a cada seção (~30m), porém a cia. pode efetuar outras medições para melhor controle da trajetória Acompanhamento: Projeções Acompanhamento com a Planilha Direcional Acompanhamento com a Planilha Direcional Correção do Registro Magnético: Norte Verdadeiro x Norte Magnético TN MN Equator MN TN Magnetic Declination Declinação Magnética Convencional True North Worldwide Declination Variation True North Magnetic North Magnetic North West Declination (-) East Declination (+) East Declination : MN is East of TN West Declination: MN is West of TN Anticolisão Paper SPE 163411 “Wellbore Collision Avoidance and Interceptions - State of the art” • Paper baseado no Encontro Técnico “SPE Collision Avoidance and Wells Interceptions Workshop” • Maioria dos Engenheiros e gerentes não têm dado atenção necessária à questão de colisão entre poços • As companhias não têm disposição nem interesse para registrar as ocorrências de colisão • Maioria das colisões a profundidades rasas (densidade maior de poços) • Dados de Banco de Dados insuficientes ou não confiáveis Anticolisão - Acompanhamento Paper SPE 163411 “Wellbore Collision Avoidance and Interceptions - State of the art” Anticolisão – Precisão das ferramentas Análise de Anticolisão • Métodos de Cálculo de Incerteza ou Modelos de Erros – ISCWSA (Industry Steering Committe for Wellbore Survey Accuracy), SPE 56702 • Tipos de Cones de Incerteza • Métodos para a determinação das Separações mínimas • Métodos de Rastreamento (Scan Method) • Análise de Anticolisão (Gráficos) Sistema de Erro – Systematic Elipse Anticolisão – Scan Method Combines the following survey tool errors • Relative Depth Error Error in measuring along hole depth e.g. stretch in a wireline. • Misalignment Error Error due to instrument misalignment in the wellbore • True Inclination Error Error in inclination reading • Compass Reference Error A constant error in direction due misalignment e.g. gyro foresight error or error in magnetic declination. • Drillstring Magnetization Magnetic interference cause by “hot spots” • Gyrocompass Error due to gyro gimbal drift 1 - 3D: Sempre indica a menor distância entre os poços 2 – Horizontal: Não indicado para poços inclinados e horizontais 3 – Travelling Cylinder: Bom acompanhamento, mais utilizado por facilidades gráficas Fator de Separação R1 Critério de Alarme (Separation Factor) Sep Factor > 1 R2 Sep Factor = 1 Center to Center Colidiu !!! Center to Center Separation Factor = ----------------------R1 + R2 Sep Factor < 1 Colidiu !!! Utilização Motor de Fundo x Brocas PDC ANTICOLISÃO – Acompanhamento gráfico (Closest Approach 3D) Torque Insert WOB, RPM’s Hydraulic Conditions Bit Life Impreg & N.D. Mill Tooth RPM Operação Sliding x Rotating begin run 8 ft 24ft TFA=10R The Operational Nature of Steerable System BHA Runs Modo rotary – Nesse modo a mesa rotativa ou o top drive giram fazendo com que a coluna transmita rotação para a broca. 8 TFA=0 8 16 6 TFA=20L 31 Rotary Sections • Os Steerable Motors podem perfurar de dois modos: Slide Sections 18 TFA=5R 20 10 TFA=45R 29 28 TFA=140R 31 end run Modo sliding – Durante esse modo a coluna não gira, ao invés disso a lama de perfuração passa pelo motor de fundo, o qual converte a energia do fluido fazendo com que somente a broca gire. Rotary Steerable System • Desvantagens: • Esse sistema permite a contínua rotação da coluna Modo rotary: o bent que tem na coluna faz com que a broca gire fora do eixo do BHA, resultando num poço um pouco mais alargado e espiralado. Modo sliding: como a coluna fica parada na parte inferior do poço o fluido de perfuração flui desigualmente ao redor do tubo, diminuindo a capacidade do fluido de remover os cascalhos • Promove uma resposta praticamente instantânea aos comandos dados pelo sondador para a mudança da trajetória do poço • No inicio era utilizada somente na perfuração de extended-reach wells, resultando sempre em maiores ROP’s e uma melhor qualidade do poço RSS – Rotary Steerable System • Vantagens em relação ao MF: – Melhor dirigibilidade – Trajetória mais suave e poço mais calibrado – Poço mais limpo (menos risco de prisão por embuchamento) – Risco reduzido de prisão diferencial – Redução de atrito mais WOB – Manobras com menos cargas • Desvantagens em relação ao MF: – Menor capacidade em gerar DogLegs – Maior custo – Sistema bastante automatizado e eletrônico (mais sensível e suscetível a erros de calibração e montagem) Curva do Motor de Fundo CÁLIPER: Qualidade do poço perfurado Motor de Fundo (Sistema Steerable) RSS – Rotary Steerable System Poços Extended Reach Wells Poços Extended Reach Wells Campo de Serra, no Rio Grande do Norte Poços ERW: Recorde mundial • • • • • • Campo de Odoptu, Russia 2011 Exxon Neftegas Limited Offshore Profundidade Medida: 12.345 m Distância Horizontal: 11.475 m Por que perfurar um ERW ? • Alcançar o diversos reservatórios com um único poço • Manter o máximo contato possível entre o reservatório e o poço • Evitar operações em áreas protegidas ambientalmente • Perfurar poços offshore com sonda em terra VERY LONG TVD X VERY SHALLOW TVD Perfuração de Rocha Salina • Plasticidade do sal: Fechamento mecânico do poço Depende da profundidade (compressão) e da composição da rocha (Halita, Carnalita, Taquidrita, Anidrita etc) • Fluido incompatível: Dissolução (lavagem) do Sal desmoronamento das paredes do poço Dúvidas? 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