Minicurso parte 1

Agenda
PERFURAÇÃO
de POÇOS
DIRECIONAIS e
HORIZONTAIS
1 – Introdução & Conceitos
2 - Planejamento Direcional
3 – Dimensionamento de BHA Direcional & Brocas
4 – Equipamentos para Perfuração Direcional e de
Professor: Rafael Castro
Msc. Engenharia de Petróleo (UNICAMP)
Engº de Petróleo (Petrobras)
Registro da Trajetória
Contatos:
Email: [email protected]
Tel.: (79) 9127-3354 / (79) 3212-2244
5 – Operação e Acompanhamento (Boas Práticas &
Campina Grande, Maio de 2015
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
Tópicos Especiais)
Definição
Perfuração
direcional é aquela
em que as
coordenadas
geográficas do alvo
são diferentes das
coordenadas da
Cabeça do Poço
VERTICAL OU DIRECIONAL?
VERTICAL OU DIRECIONAL?
VISÃO EM PLANTA
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
Perfuração Direcional: Aplicações
Restrição ambiental
Reservatório na
plataforma marítima:
utilização de Sonda
terrestre para atingir o
objetivo
Em locações terrestres
a vertical do alvo na
superfície pode
coincidir com rios,
lagoas e reservas
ambientais
Essa medida reduz o
custo com diária de
Sonda, Equipamentos e
Logística
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
Perfuração Direcional: Aplicações
• Desvio de
formações
indesejadas na
subsuperfície,
como Domos
salinos
Aumento da área
de drenagem do
reservatório e
produção de
zonas fraturadas
Perfuração Direcional: Aplicações
Perfuração Direcional: Aplicações
POÇOS DE ALÍVIO
POÇOS MULTILATERAIS
Arrasamento de poço vizinho
em blow out
Aproveitamento da mesma
base e cabeça de poço
Aplicação de técnicas e
equipamentos especiais para
aproximação do poço em
blow out
Aplicado para maximizar a
produção em reservatórios
estratificados e lenticulares
Comprovada a comunicação
hidráulica entre os poços,
injeta-se fluido de
amortecimento e depois
pasta de cimento
Maior área de drenagem
com diferentes tipos de
Completação e graus de
complexibilidade
Perfuração Direcional: Aplicações
Poço Piloto para Otimizar a Aterrisagem e
Navegação do Poço Partilhado
Sidetrack
É 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)
1.2 - Fatores que influenciam
a trajetória do poço
Geological Correlation
Gas
Optimized Placement
of Completion
Identification
of Formation and
Fluid Interfaces
Oil
Water
Fatores que influenciam
a trajetória do poço – Dureza da rocha
• 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
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
• Inclinação: ângulo entre o vetor gravitacional e a
tangente ao eixo do poço. No projeto:
• PSB (Peso Sobre a Broca)
– Maior PSB
– Menor PSB
1.3 - Definições Básicas
Maior Ganho de Inclinação
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! $
Objetivo e Alvo
• 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 será
atingido
– Zero grau
– ~ 90 graus
Poço vertical
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
Raio de Tolerância
• 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
Projeção Horizontal
• Plano Horizontal com
os eixos NORTE/SUL e
LESTE/OESTE
• Visualiza a direção e
o afastamento do
alvo em relação à
cabeça do poço
• Não permite
conhecimento da
Inclinação do poço
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
Projeção Vertical
• Plano Vertical com os
eixos Profundidade
Vertical e Afastamento
Horizontal
• Visualiza a inclinação
do poço – ideal o
realizado estar acima
da linha do projeto
• Conhecimento da
direção do poço caso o
Azimute seja indicado
Definições Básicas
• Seção Tangente (Slant): É
a seção onde a inclinação é
mantida 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 1
α2 = inclinação do poço na estação 2
M1 = profundidade medida do poço na estação 1
M2 = 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)
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
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
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)
-45
+4 5
0
+13
180
5
-13
5
+90 deg
1.4 - Classificação e Tipos
• Classificação dos poços direcionais
quanto ao:
– Raio de Curvatura (RC)
– Afastamento
– Índice de Severidade
– Trajetória Direcional (design)
The angle of the bend from vertical with respect to gravity, also called
Gravity Tool Face Angle.
Raio de Curvatura
Raio de Curvatura
CLASSIFICAÇÃO
Raio Longo
Raio Médio
Raio Intermediário
Raio Curto
BUR(0/30 metros)
RAIO (m)
2-8
8 - 30
30 – 60
60 - 200
859 a 215
215 a 57
57 a 29
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 (Coiled
Tubing)
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)
Classificação quanto ao AFASTAMENTO
X/Y > 2
• 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
Classificação quanto ao AFASTAMENTO
TIPOS DE TRAJETÓRIAS
TIPO I: Poço SLANT
Planejamento da Trajetória Tipo I
• Trajetória direcional
simples (+ comum)
• Trecho Vertical
KOP BUILD UP
Trecho Tangente ou
Slant
• Subtipo: BuildUp
Contínuo (não possui
o trecho Slant)
TIPO II: Poço S
• 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
Onde:
Vk = profundidade vertical do KOP
V1 = profundidade vertical do EOB
Va = profundidade vertical do
objetivo
D1 = afastamento do EOB
Da = afastamento do objetivo
θ = angulo maximo do trecho reto
TIPO III: Build Up Contínuo
• Caso particular do SLANT
(Tipo I) com ausência da
seção Tangente
• Quando o alvo é
profundo e próximo à
cabeça do poço
• KOP profundo:
– Trecho vertical mais longo:
economia
– Rochas duras
– Maiores riscos de colisão
(Templates, p.e.)
Trajetória Horizontal
• 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:
Trajetória Horizontal
Planejamento com uma Seção de Build UP
Planejamento com duas Seções de Build UP
– Um trecho de Build Up
– Dois trechos de Build Up
Poços 3D – Designer Well
Projeto 2D Convencional
Projeto 3D com NUDGE
Projeto 3D com NUDGE
nudged
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)
Outros Tipos de Trajetórias
• 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 à
cabeça 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
Trajetória com Cross River
KOP raso – Próximo à superfície
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
•
•
•
•
•
Aspectos importantes para o
Planejamento direcional
• Prisão por chaveta:
– DogLeg alto e
concentrado
– Formação dura
Baixa taxa de
penetração
– Na puxada da
coluna, os
Comandos topam
na chaveta
BROCAS: