Aula Geo Press Ões Transp

8/12/2019 Aula Geo Press es Transp

1/109

Onde Colocar aSapata?

Sempre que o poo se tornarINSTVEL!!!!!


2/109

O que um Poo Estvel?

1

5

2

6

3

4

aquele que permite ser perfurado, revestido e cimentado de maneECONMICA e comSEGURANA


3/109

Quais so as Variveis

Importantes?Geopresses

Estado de Tenses Originais(Direes Principais e Valores) Presso de Poros

Projeto do PooTrajetria do Poo Peso do Fluido de Perfurao

Input

Output


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Qual o Caminho a Seguir?Determinar o estado de tenso

Determinar influncia do poo

Determinar tenso no poo

Determinar falha no poo


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Tenso EfetivaPresso de Poros

Tenso TotalTenso Total

Terzaghi (1923)

Handin (1963)

z ef z p z z p z p p s ,'ou

z p z p s

'

tan

tan1

i

bPara a Ruptura - Skempton

s K

K r 1

Para a Deformao - Biot

Normalmente 1


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Tenses PrincipaisNormalmente

Tenso de Sobrecarga (Overburden)Tenso Horizontal Maior

Tenso Horizontal Menor

mas nemSEMPRE


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Overburden (Sobrecarga) A presso de overburden num determinado ponto oresultado da ao do peso de todas as camadas acimadesse ponto. (Parte Slida e Fluido)

H

bb dz g s g dz ds

0

00

Problema: Como determinar b ????


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Overburden (Sobrecarga) Mtodo Direto

Testemunho (pouco representativo) Perfil densidade da Rocha

Mtodos Indiretos (baseado na porosidade) Perfil snico (densidade) Perfil de neutrons Correlaes empricas

Ajuste de Curva Bourgoygne Correlaes empricas


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Uso do Perfil Densidade Vantagens

O mais preciso

Desvantagens No tem em todas profundidades Influncia do fluido de perfurao (baritinas)

Poos arrombados Poos rugosos Necessidade de se conhecer a matrix


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Mtodos Indiretos -

f mmm f b 1Calcular a densidade usando a porosidade

Onde: b Densidade da formao f Densidade do fluido (gua) de 1,0 1,2, normalmente 1,03

m Densidade da matrix de 2,0 3,0


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Mtodos Indiretos -

Vantagens Conhecida em maior extenso do poo

DesvantagensConhecer a densidade da matrix Conhecer a densidade do fluido nos poros Depende da qualidade do perfil

Necessidade de se conhecer a argilosidade

Gamma Ray


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Perfis para porosidade Neutrons

Influenciado por hidrocarbonetos S corrido na zona de interesse Influncia da argila Mudana de litologia

Snico

Outros dados Resistividade Maior cobertura do poo


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Snico

ma f mama f c tr tr tr tr tr tr 1

ma f

mac

tr tr tr tr

Supondo:

Ento:

ma f mac tr tr tr tr

apenas uma aproximao


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Resistividade

t nw

wm

RS Ra

m Fator de cimentao de 1 a 3 (Normalmente 2)n Fator de saturao valor normal 2S w Saturao de gua, em zonas sem hidrocarboneto vale 1a Coeficiente litolgico varia de 0,6 a 2

Ento:t

w

R Ra

Lei de Archie


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RH/UP/ECTEP 15

Correlaes Empricas

Estimativas para153

matr t t

Em Formaes Inconsolidadas

Areia Argila

200228,1

tr

matr

t t t

200

568,1tr

matr

t t t


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Correlao de Bellotti

AGIP

95,8828,3/100 tr

btr

t p st

20011,275,2/100

tr

matr btr t

t t p st

Consolidadas

Inconsolidadas


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Rubey & Hubbert

H K e 0

H K f mmb e 0

H

z K f mm dz g e s

0

00

H S Sedimento

Modelo Exponencial

Ento:

Bourgoyne utiliza um modelo de exponencial para a reduo da porosidade,permitindo assim uma integrao analtica para o clculo do overburden.

Importante: Essa equao s para a parte com sedimentos, a parte relativa agua do mar deve ser clcula e somada posteriormente.


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Valores de Bolso Muito usado 1 psi/p

Suping Peng & Jincai Zhang

Exemplo Sobrecarga a 3.000 metros

m z psiS v 51,086,3180280

psi700.1900.11 vS

psi540.1710.1860.11530.111580180280 psiS v

psi710.1530.1180

psi540.1530.1180 22


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Tenses Horizontais Medidas diretas

Necessidade de testemunhos ou Teste Preciso

Formao relaxada Fcil Hiptese errada

Correlaes empricasHiptese da formao totalmente fraturada

Fcil Apenas intervalo


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Anlise das curvas de deformao diferencial (DSCA)

Porosidade devido as fissuras proporcional ao alvio dastenses Todas fissuras so decorrentes do alvio Pressurizar at todas as fissuras sejam fechadas. As deformaes so medidas O tensor de tenses so obtidos

(testemunho orientado)

Anlise de deformao


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Mtodo das deformaes inelsticas recuperveis (ASR)

Medir as deformaes que ocorrem com o passar do tempo Estimar as tenses pela teoria da visco-elasticidade

Poo Profundo, pode perder muito da deformao

(testemunho orientado)

Anlise de deformao


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Breakouts - Ovalizao

sH

sHsh

sh

Mede s a direo

Caliper de 4 braos


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Menor tenso horizontal Poo fratura perpendicular a menor tenso

Influncia do poo Aumentar o comprimento da fratura

Desprezar a resistncia da rocha Repetir o teste

(Micro)Fraturamento

Influncia do poo Poo direcional


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(Micro)FraturamentoNesse teste bombeia-se at a quebra da formao e iniciar a propagao dafratura, depois abre-se o poo, drenado a presso do mesmo.Volta-se a bombear com o poo fechado.

Absoro

QuebraPropagao

Parada da Bomba

Presso Instantnea de Fechamento(ISIP)

Presso deFechamento da Fratura

Abertura do Poo


25/109

O que se Consegue???Resistncia a trao da Rocha

Diferena entre os picos

Tenso Horizontal Mnima Presso de Fechamento da Fratura

(Hiptese: Fratura esta afastada do poo)

Como??? Quanto???? Por Que??

Traar grfico da Presso versus raiz doTempo depois de se parar o bombeio.

Cruzamento das duas tendncias linearescom a raiz do tempo.


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p poh p p s s

1Eaton

Formao Relaxada

S onde no h petrleo...

H h s s

p poh p p s s

1


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Formao Relaxada

ps100.42007,0100214,8100893,6 5291 hhh

Correlaes de Eaton

ps000.54267,0102947,710882,1 62102 hhh

ps000.5100.4

90041005000 2112 h

h


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Correlaes Empricas

p poh p p s K s Matthews & Kelly

Determinar K para a regiode 0,33 a 1,00,8 Golfo do Mxico acima de 3.000 m

po

ph

p s

p s K


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Alta

Moderada

Baixa

Tenses Geradas

Muito Rgida

Rgida

Pouco Rgida

MesmaDeformao Gerando

TensesDiferentes

Valores de K


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Valores de K Para regies de falha normal (SV = S1)

Arenitos de 0,4 a 0,5 Folhelhos de 0,6 a 0,7

Carbonatos de 0,4 a 0,5Exemplo:Tenso vertical de 10.000 psi e presso de poros de 4.350 psiEstimar a tenso horizontal mnima sabendo que a formao um folhelho.

psi8000435010000

435065,0 hh

po

ph S S

P S

P S K


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Hubbert & Willis

H

P F p21

31

min

H

P F p1

21

max

Para uso em psi e p

Correlaes Empricas


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Depois do Revestimentodescido e cimentado se faz oteste de estanqueidade, aps oteste, corta-se o colar e asapata para expor a formao.O teste consiste em se injetarfluido no poo fechado e se

monitorar a relao entre ovolume injetado e a pressona cabea.

Tenso Mxima - Leak off test


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Leak off test

Primeiro Tipo:Pressuriza-se o poo at

determinado patamar.Utilizado em formaesmuito resistentes apenas para verificar a segurana

da prxima fase. No permite estimar nenhumatenso horizontal


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Leak off test

Segundo Tipo:Pressuriza-se o poo at atendncia deixar de ser

linear (absoro)Permite estimar a menortenso horizontal, mascomo que as fissuras

esto na zona deinfluncia do poo, h anecessidade de modelos eestimativas.


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Leak off test

Terceiro Tipo (a):Pressuriza-se o poo at aquebra da formao,assim que a formaoquebra para-se de bombear e monitora-se a presso. Permite estimar a

menor e a maior tensohorizontal utilizandomodelos.


36/109

Leak off testTerceiro Tipo (b):Pressuriza-se o poo at aquebra da formao, mas bombeia-se um poucomais para sair da regiode influncia do poo.Para-se de bombear emonitora-se a presso.Permite determinar amenor tenso horizontal eestimar a maior tensohorizontal.


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Tenso Mxima

hvh H S S mS S

Comm entre 0 a 2Em regies de Falha Normalm = 0,5ou

p ph H P P S S

sin12


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Tenso Mxima Variao

Para profundidade menores de 3.000 metros

3,3a0,1

h

H

S S

5,0500.123,0100 m z S S S m z V h H


39/109

Variaes MximasTeoria da Rocha falhada

n

t

Sempre que:

n t

A rocha falha

Ou desprezando aresistncia a trao

FEQM Frictional Equilibrium Model


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Variaes

Pesquisa varia de 0,6 a 1,0

Determinado a Tenso Efetiva Mnima se temum limite para a Tenso Efetiva Mxima

Falhas ativadas

3 1

t

2


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Recordar ViverCaso: SV > SH > Sh

Falha Normal

Caso: SH > SV > ShFalha de Deslizamento

Caso: SH > Sh > SVFalha Reversa

Sv

Sh

SH


42/109

t

13

2b

R

t tan2

31 R

b t 2sin2

31 b 2cos22

3131

b 2

2

Seja: p P S Deduo


43/109

Final

Sh

SH ShSH >

SV

p pV

h P f

P S S

p ph H P f P S S

p pV H P f P S S


44/109

Sh

SH

ShSH >

SV

Falha Normal

Falha ReversaFalha Deslizamento

Falhas


45/109

Lb/Gal8,34 9,00

Presso de Poros

Normal

Presso de PorosAnormalmente

Alta

Presso de PorosAnormalmente

Baixa

Presses anormalmente baixa Zonas DepletadasPresses anormalmente alta Zona Pressurizadas

Presso de Poros


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Diminuio na PorosidadeCompactao

TectonismoDeposio Contraste de Fluido

Esttico

Dinmico Aumento de Fluido No Local (Expanso Trmica, Diagene, Gerao de HCMobilidade (Osmose, Repressurizao)

Causas de Presses Anormalmente Altas

Presso de Poros

Fenmeno Transiente


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Mtodos de Deteco de PAA(B)Seja X(prof) uma propriedade que varia com a profundidade, casoconsigamos estabelecer um comportamento padro para a funo quandoa presso de poros permance constante, pode-se supor que uma variaodeste padro seja causada pela variao da presso de poros, temos assimum indicador qualitativo de mudana na presso de poros.

Caso consigamos estabelecer nmeros teremos um indicador quantitativo da presso de poros.

P.Ex: Porosidade, Tende diminuir com o aumento da profundidade, por

causa da compactao, um aumento na porosidade pode ser causado por umaumento na presso de poros.


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Parametro Dependente

P r o

f u n

d i d a

d e

D

Dn

XXn

a b

c

Dn p Dno z P ,, z Do D p P ,,

X X X X nn ou

Correlaes com

Tenso Efetiva a Mesma

Normalmente o Folhelho aLitologia Usada para Estimativas do

Gradiente de Presso de Poros

Filosofia


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Um furo muda tudo

Trao

Compresso


50/109

rr

q

q

Tenses no PooFILOSOFIA

Determinar as Tenses na Parede do Poo

Critrio de Falha

+

=Sei o que Acontece na Parede do Poo

Quebra? Fratura?


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Mnimo

Presso de Poros Peso

Pequeno

Mximo

Fratura

Deforma ReduzDimetro

Desaba AumentaDimetroKick

Perda de Circulao

Tenses no Poo

PesoGrande Desaba Aumenta

Dimetro


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Qual as tenses no Poo?Modelos e mais modelo..

Hsiao Campos (Poo Vertical)

Daneshy Helio Maurcio Ribeiro Santos


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Tipos de FluidoFluido No-Penetrante

Fluido de Perfurao (Forma Reboco eficiente) Em zonas impermeveis

Fluido Penetrante Fluido de Completao Modelo de variao da presso

Raio

Presso

Pw

Pp


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Fluidos Penetrantes

Raio

Presso

Rw

Pw

PpPr

Raio

Presso

Rw

Pw

Pp Pr

K x Rw

K da ordem de 10


55/109

Tipos de Fluido


56/109

Tipos de Fluido


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Campos Poos Verticais

Estado Plano de Deformao Bidimensional

Divide em 3 Sub Modelos Placa infinita com furo (Efeito das Tenses) Cilindro de parede espessa (Efeito do Fluido) Fluxo de fluido

Poo Vertical

h

H


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Campos (Vertical)Placa Infinita com um furo (Efeito das tenses horizontais)

SH= H + p p

Sh =

h + p

p

qr

rw = Raio do Furo (Poo)

Note a Direco doq

Sh = h + pp

SH= H + p p


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Campos (Vertical)Usa-se Kirsh

q 2cos3412

12 4

4

2

2

2

2

r r

r r

r r wwh H wh H

r

q q 2cos3121

2 44

2

2

r r

r r wh H wh H

q 2cos2 22

r r w

h H V Z


60/109

Campos (Vertical)Logo:

pwwh H wh H r P r r

r r

r r

S

q

2cos341

21

2 44

2

2''

2

2''

pwh H wh H P r r

r r

S

q

q 2cos312

12 4

4''

2

2''

pwh H V Z P r r

S q 2cos2 22

'''


61/109

Na Parede do Poo

Na parede do Poo r = rw

Ento pr P S

ph H h H P S q q 2cos2 ''''

ph H V Z P S q 2cos2 '''


62/109

Campos (Vertical)Cilindro de Paredes Espessas (Efeito da presso do fluido)

PoPi R


63/109

22

22

222

22

io

ooii

io

oioir r r

r P r P r r P P

r r r

S

22222 ooiiio

Z r P r P r r S

22

22

222

22

io

ooii

io

iooi

r r

r P r P

r r

P P

r

r r S q

A presso interna a presso no poo menos a presso de poros, e a presso exte zero. O raio externo infinito, muito maior que o raio interno que o raio do p

0 o pwi P P P P weo r r r

Equaes


64/109

22

22

222

22

io

ooii

io

oioir r r

r P r P r r P P

r r r

S pwwr P P r r

S 22

22

22

222

22

io

ooii

io

iooi

r r r P r P

r r P P

r r r

S q pww P P r r

S 22

q

22222 ooiiio

Z r P r P r r S 0 Z S

Resultados


65/109

pwwr P P r r

S 22

pww P P r r

S 22

q 0 Z S

pwr P P S pw P P S q 0 Z S

Na Parede do Poo

r = r w


66/109

Efeito do Fluido Poroelasticidade

t

r

cc

1

Compressibilidade da Rocha

Compressibilidade Total

p P P P

p P r P r P


67/109

r r p

r

r pwe

wr

w

e

w

dr P r P r dr P r P r r r r r

r S 22

22

2

11

21

2

22

22

2

11

21r P r P dr P r P r dr P P r

r r r r

r S p

r

r p

r

r pwe

w

w

e

w

q

p

r

r pwe

Z P r P dr P r P r r r S

e

w22

21

21

Equaes


68/109

0r S p P r P S

q 1

21

p Z P r P S

121

Na Parede do PooComo, r = r w

0r r pw

dr P r P r 02222

e

w

r

r pwe

w dr P r P r r r r r

Logo: e

02 22 ew

r

r pwe

dr P r P r r r


69/109

Total na Parede do Poo

wr P S

wh H h H P S S S S S q q 2cos2

Fluido No Penetrante

q 2cos2 h H V Z S S S S


70/109

0 Z S

pw Z P r P S

121

Z S

Na Parede do Poo

pwh H V Z P r r

S q 2cos2 22

'''

Fluido No Penetrante pw P r P


71/109

Valores Mximos e Mnimos

w ph H h H P P S S S S q q 2cos2'

Paralelo a menor tenso horizontal

Maior

pwr P P ' ph H V V P S S S q 2cos2'

w ph H P P S S 3'q

ph H V V P S S S 2'

Paralelo a maior tenso horizontal

Menorw p H h P P S S 3

'q

p H hV V P S S S 2'


72/109

Modelos de FalhaRankine (Mxima Tenso Normal)Tresca-Guest (Mxima Tenso de Cisalhamento)St. Venants (Mxima Deformao Normal)Beltrami (Mxima Energia Especfica)Hoek-Brown

Huber-Von Mises-Hencky -Mxima Energia Especfica de DistoroMohr


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Rankine Rocha falha quando a tenso normal for menorque a resistncia a trao ou for maior que aresistncia a compresso

Normalmente s utilizada para trao Bom para o peso de fluido mximo, fratura( q) Ruim para o mnimo, trao( r)

F F


74/109

No plano de Mohrt

Rt Rc

Zona sem Falha

Rankine

l d k


75/109

Aplicando Rankine

pwr P P '

w ph H P P S S 3'

max,q

ph H V V P S S S 2'

w p H h P P S S 3'

min,q

p H hV V P S S S 2'

As tenses no poo so

S h

S H

Todas as Direes

As tenses principais so:

k


76/109

Rankine - Trao

Falha r Falha qFalha vTcyl Thor Tver

k ( )


77/109

Rankine - (Trao)

pwr P P '

w ph H P P S S 3'

max,q

ph H V V P S S S 2'

w p H h P P S S 3'

min,q

p H hV V P S S S 2'

pwr P P '

FaceS H

FaceS h

No depende

RT P P RT P P pw pwr '

RT P P S S w p H h 3'

min,q

RT P S S P p H hw

3

Igual Maior

No depende

R ki (C )


78/109

Rankine - (Compresso)

pwr P P '

w ph H P P S S 3'

min,q

ph H V V P S S S 2'

w ph H P P S S 3'

max,q

p H hV V P S S S 2'

pwr P P '

FaceS h

FaceS H

No depende

pw pwr P RC P RC P P '

RC P P S S w ph H 3'

max,q

RC P S S P ph H w

3

Igual Menor

No depende

M h C l b


79/109

Mohr-Coulomb A rocha falha quando:

t t tan0

Pl d M h


80/109

Plano de Mohr A rocha falha quando o crculo de Mohr cruzar areta.

t

t

t t tan0

Zona sem Falha

M h C l b


81/109

Mohr-Coloumb

22'320'1 tantan1tantan12 t '3

'2

'1Com

22 tantan1Ento f '3'30'1 2 t B A f f

tanCom

T P i i i


82/109

Tenses Principais 1

3A

Zona sem Falha

1 3

'3'1 B A

A li d M h


83/109

Aplicando Mohr

pwr P P '

w ph H P P S S 3'

max,q

ph H V V P S S S 2' max,

w p H h P P S S 3'

min,q

p H hV V P S S S 2'

min,

As tenses no poo so

S h

S H

Todas as Direes

As tenses principais so:

M h


84/109

Mohr

pwr P P '

w ph H P P S S 3'

max,q

ph H V V P S S S 2' max,

w p H h P P S S 3'

min,q

p H hV V P S S S 2' min,

pwr P P '

FaceS H

FaceS h

'

3'30

'1 2 t B A f f

M h


85/109

MohrQuais so as possibilidades tericas?

'''V r q

'''r V q

'''r V q

'''V r q

'''q V r

'''q r V

'1

'2

'3 Por Definio

6 Possibilidades

Outros


86/109

OutrosGriffith

Hoek Brown

Lade

Ewy-Lade

Von Mieses

Drker-Prager

Zhou

03 '3'1

'3'102'3'1 8 T 03 '3'1 0'3 T

200

'3

'3

'1 C C m

m

atm P

I

I

I 13

31 27

27"

3

3"1

I I

2

2 J

'12 I J

'12'12 I I J

C l d M t i P


87/109

Colapso da Matrix e Poros222 * pq

Onde:

3321

Tenso efetiva mdia

23222122

33 J q

Parmetro do modelo

2132322212 21

3 J q

F lh 3 TiFilosofia


88/109

Falha 3 TiposPor Trao: Ocorre quando a tenso normal no local excede a mximaresistncia a trao da rocha (Rankine)

H dois tipos. O primeiro associado com o aumento de presso no poo gerando ufratura hidrulica (perda de circulao). A segunda devido a reduo da presso n poo causando falhas concntricas de pedaos de rochas que descolam da parede

poo.Por Cisalhamento: Quando a tenso de cisalhamento em uma direoexcede a mxima tenso cisalhamento para o nvel de tenso normal,normalmente modelada pelo envelope de Mohr-Coulomb.

Colapso da Matrix e Poros: o colapso da estrutura, ocorre quando otensor esfrico (tenso mdia) maior que a resistncia a compresso rocha. Essa falha esta relacionada com a reduo do volume da rocha(diminuio da porosidade) e um aumento da densidade.

F lh 3 Ti


89/109

Falha 3 Tipos

tColapsode Poros

F r a

t u r a

In Situ Stress

1

3

1

3

c

c

F lh 3 Ti


90/109

RH/UP/ECTEP 90

Falha - 3 Tipos

Trao

Cisalhamento

Colapso da Matrix e Poros

Estabilidade


91/109

t

Estabilidade


92/109

PP ' hH PPSS 3'

Hh PPSS 3'


93/109

RH/UP/ECTEP 93

pwr P P w ph H P P S S 3q w p H h P P S S 3q

t

Poo EstvelAumentar o Peso do Fluido,logo diminui o Crculo

PP' PPSS3' PPSS3'


94/109

RH/UP/ECTEP 94

''max,

'min, r q q

pwr P P w ph H P P S S 3q w p H h P P S S 3q

t

Poo EstvelAumentar o Peso do Fluido,logo aumenta o Crculo

Poos Direcionais


95/109

Poos Direcionais Para determinar as tenses na parede de um poodirecional deve-se girar as tenses principais nadireo do poo.

Girar as Tenses


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Girar as Tenses Tenso Total/Efetiva (Teoria dos Tensores)

' xz xz S

' xx xxS

' xy xyS

Z

X

Y

'V V S

'

hhS

' H H S

Fluxo


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Fluxo

Outros Efeitos


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Outros Efeitos Tempo

Aumento da Presso de Poros (Osmose)

Tempo

Tempo


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Tempot Critrio de Moh-Coulumb

Aumento da Presso de Poros

Poo pode ficar instvel com o tempo

Outros Fatores


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Outros Fatores

Priso por Diferencial Stickiness Factor Estatstica Multivarivel

Instabilidade Qumica

Importncia


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SeguranaKickDesmoronamento

Priso Diferencial Custo do Poo

Posicionamento da Sapata

Projeto do Direcional Segurana

Estabilidade do PooPriso Diferencial

Custo do Poo

Importncia



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Limites Superiores (Peso Mximo do Fluido)Presso de Fratura

Presso de Colapso Superior

Limites Inferiores (Peso Mnimo do Fluido)

Presso de PorosPresso de Colapso




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Posicionamento de Cima para Baixo Revestimentos mais compridos Pode economizar uma fase

Mais robustos para prosseguir a perfurao Posicionamento de Baixo para Cima

Revestimentos menores Normalmente mais econmicos




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Com Margens FixasUma margem somada na presso inferior (poros)

e outra subtrada na presso superior (fratura)

Com Incertezas nas MargensMargens proporcional a incerteza

Tolerncia ao Kick (mpp ou vol)

Fechar o poo em kickTolerncia ao Kick com Incertezas

Fechar o poo e incluir incertezas nos valores


Margem Fixa


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Cima para Baixo Baixo para Cima

Margem Fixa

Tolerncia ao Kick


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Mxima presso de poros que permite o poo serfechado com segurana

Pfrat

P poro

l

k

Pmax

SICP poro P TK P SICP max

Tolerncia ao Kick

Tolerncia ao Kick


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l k k l sapl frat H H

H

H TK

Na Petrobrs se utiliza o conceito de Margem e Presso de Poros

poro P TK MPP

Considera-se o maior volume de influxo que a sonda poder levae deve-se colocar um revestimento sempre que a margem de presso de poros for menor que um determinado valor (0,5 lb/gal

Tolerncia ao Kick



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No caso de incertezas coloca-se uma distribuio de probabilidade em cada varivel e coloca-se a sapataquando a probabilidade de fraturar a sapata ao se fechar o poo em caso de influxo atingir determinado valor (0,1%)

Psap Pfrat

Fratura


Observao Final


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A estimativa dos gradientes dasformaes um dos passos chavespara um projeto de poo seguro eeconmico. Assim, toda a ateno

deve ser dada para a coleta de dadose correlaes a serem utilizadas em

uma determinada rea.

A i F l L i Do Livro

Observao Final

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