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PERFURAÇÃO de POÇOS DIRECIONAIS eHORIZONTAISProfessor: Rafael CastroMsc. Engenharia de Petróleo (UNICAMP)Engº de Petróleo (Petrobras)
Contatos:Email: rcastro.oliveira@petrobras.com.brTel.: (79) 9127-3354 / (79) 3212-2244
Campina Grande, Maio de 2015
Agenda
1 – Introdução & Conceitos
2 - Planejamento Direcional
3 – Dimensionamento de BHA Direcional & Brocas
4 – Equipamentos para Perfuração Direcional e de
Registro da Trajetória
5 – Operação e Acompanhamento (Boas Práticas &
Tópicos Especiais)
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
Definição
Perfuração direcional é aquela
em que as coordenadas
geográficas do alvosão diferentes das
coordenadas da Cabeça do Poço
VERTICAL OU DIRECIONAL?
VISÃO EM PLANTA
VERTICAL OU DIRECIONAL?
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
Reservatório na plataforma marítima: utilização de Sonda terrestre para atingir o objetivo
Essa medida reduz o custo com diária de Sonda, Equipamentos e Logística
Perfuração Direcional: Aplicações
Restrição ambiental
Em locações terrestres a vertical do alvo na superfície pode coincidir com rios, lagoas e reservas ambientais
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
Aumento da área de drenagem do reservatório e produção de zonas fraturadas
Perfuração Direcional: Aplicações
• Desvio de formações indesejadas na subsuperfície, como Domos salinos
Perfuração Direcional: Aplicações
POÇOS DE ALÍVIO
Arrasamento de poço vizinho em blow out
Aplicação de técnicas e equipamentos especiais para aproximação do poço em blow out
Comprovada a comunicação hidráulica entre os poços, injeta-se fluido de amortecimento e depois pasta de cimento
Perfuração Direcional: Aplicações
POÇOS MULTILATERAIS
Aproveitamento da mesma base e cabeça de poço
Aplicado para maximizar a produção em reservatórios estratificados e lenticulares
Maior área de drenagem com diferentes tipos de Completação e graus de complexibilidade
Perfuração Direcional: Aplicações
SidetrackÉ 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)
Geological Correlation
Gas
Identificationof Formation andFluid Interfaces
Water
Oil
Optimized Placementof Completion
Poço Piloto para Otimizar a Aterrisagem e Navegação do Poço Partilhado
1.2 - Fatores que influenciam a trajetória do poço
• 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
Fatores que influenciam a trajetória do poço – Dureza da rocha
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
• PSB (Peso Sobre a Broca)
– Maior PSB � Maior Ganho de Inclinação
– Menor PSB � 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! $
1.3 - Definições Básicas
• Inclinação: ângulo entre o vetor gravitacional e a tangente ao eixo do poço. No projeto:– Zero grau � Poço vertical
– ~ 90 graus � 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
• 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 seráatingido
Objetivo e Alvo
• 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
Raio de Tolerância
Projeção Horizontal
• Plano Horizontal com os eixos NORTE/SUL e LESTE/OESTE
• Visualiza a direção e o afastamento do alvo em relação àcabeça do poço
• Não permite conhecimento da Inclinação do poço
Projeção Vertical
• Plano Vertical com os eixos Profundidade Vertical e Afastamento Horizontal
• Visualiza a inclinaçãodo poço – ideal o realizado estar acima da linha do projeto
• Conhecimento da direção do poço caso o Azimute seja indicado
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
Definições Básicas
• Seção Tangente (Slant): Éa seção onde a inclinação émantida 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 1α2 = inclinação do poço na estação 2M1 = profundidade medida do poço na estação 1M2 = 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)
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
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
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)
+90 deg
+45
0
180
+135-135
-45
The angle of the bend from vertical with respect to gravity, also calledGravity Tool Face Angle.
1.4 - Classificação e Tipos
• Classificação dos poços direcionais quanto ao:
– Raio de Curvatura (RC)
– Afastamento
– Índice de Severidade
– Trajetória Direcional (design)
Raio de Curvatura Raio de Curvatura
CLASSIFICAÇÃO BUR( 0/30 metros) RAIO (m)
Raio Longo 2 - 8 859 a 215
Raio Médio 8 - 30 215 a 57
Raio Intermediário 30 – 60 57 a 29
Raio Curto 60 - 200 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 (CoiledTubing)
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)
• 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
X/Y > 2
Classificação quanto ao AFASTAMENTO
Classificação quanto ao AFASTAMENTO TIPOS DE TRAJETÓRIAS
• Trajetória direcional simples (+ comum)
• Trecho Vertical �KOP � BUILD UP �Trecho Tangente ou Slant
• Subtipo: BuildUpContínuo (não possui o trecho Slant)
TIPO I: Poço SLANT
Onde:
Vk = profundidade vertical do KOPV1 = profundidade vertical do EOBVa = profundidade vertical do objetivoD1 = afastamento do EOBDa = afastamento do objetivoθ = angulo maximo do trecho reto
Planejamento da Trajetória Tipo I
• 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
TIPO II: Poço S
• Caso particular do SLANT (Tipo I) com ausência da seção Tangente
• Quando o alvo éprofundo e próximo àcabeça do poço
• KOP profundo:
– Trecho vertical mais longo: economia
– Rochas duras
– Maiores riscos de colisão (Templates, p.e.)
TIPO III: Build Up Contínuo
• 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:– Um trecho de Build Up
– Dois trechos de Build Up
Trajetória Horizontal
Planejamento com uma Seção de Build UP Planejamento com duas Seções de Build UP
Trajetória Horizontal
Poços 3D – Designer Well Projeto 2D Convencional
Projeto 3D com NUDGE
nudgednudgednudgednudged
Projeto 3D com NUDGE
Projeto atualizado com Survey Projeto Vs Real (Surveys)
Projeto Anticolisão –Fator de Separação Vs Prof. (m)
• 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 àcabeça 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
Outros Tipos de Trajetórias
Trajetória com Cross River
• 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
KOP raso – Próximo à superfície