resumo abstract /Development of computational tool to interpret real time pwd (Pressure While Drilling) data

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1 y Roni Abensur Gandelman y Gleber Tacio Teixeira y Alex Tadeu de Almeida Waldmann y Átila Fernando Lima Aragão y Mauricio Seiji Rezende y Eduardo Kern y Clovis Maliska Junior y André Leibsohn Martins Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real /Development of computational tool to interpret real time pwd (Pressure While Drilling) data resumo PALAVRAS-CHAVE: o monitoramento de pressões em tempo real o problemas de perfuração o PWD o pressão de poço A perfuração de poços de petróleo é um processo extremamente complexo e de alto custo no qual a pressão anular deve ser mantida entre valores máximos (pressão de fratura) e mínimos (pressão de poros) que definem a chamada janela operacional. Vários fenômenos causam impacto direto nas pressões anulares durante a perfuração, tais como: remoção ineficiente dos sólidos gerados durante a perfuração, quebra de gel na retomada de circulação após períodos de repouso, movimentação da coluna (surge/swab), manobras, troca de fluido, kicks, entre outros. A correta interpretação de dados de pressure while drilling (PWD) é uma ferramenta poderosa para a identificação e a prevenção de tais abstract KEYWORDS: o real-time pressures monitoring o drilling problems o PWD o pressure well Drilling offshore oil wells is a very expensive and complex process, in which all the efforts must be taken to keep the annular pressure between a minimum pressure (pore pressure) and a maximum pressure (fracture pressure) which define the operational window limits. Several phenomena impact the bottom hole annular pressures, such as: ineffective hole cleaning, gel breaking when circulation is resumed, drillstring movement (surge and swab), trips, pills displacement, kicks, etc. The correct interpretation of pressure while drilling (PWD) data is a very powerful toll to identify and prevent these phenomena. Nowadays, an expert monitors bottom hole pressures data and identifies undesirable events. The main goal of this project is the development of a computational tool to monitor pressure (and mudlogging) data in real time to identify the causes of abnormal pressure variations, helping the operators to take decisions rapidly. Besides that, the tool allows the user to handle PWD data in a flexible architecture. This flexibility allows the incorporation of new methods of events identification as they are developed. The ultimate goals is to obtain a tool which serves both 351 o

2 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. fenômenos. Atualmente, a identificação destes eventos é realizada por um especialista que acompanha o processo analisando graficamente os dados e concluindo sobre problemas ocorridos ou na iminência de ocorrerem. Este especialista alerta, se for o caso, os operadores a tempo de reverter a situação ou de interromper a perfuração. O principal objetivo deste projeto é criar uma ferramenta computacional de monitoramento de dados de pressão (e de mudlogging) em tempo real que seja capaz de identificar variações nas pressões e suas causas. Além disso, a ferramenta também permite a manipulação dos dados de PWD dentro de uma arquitetura flexível. Tal flexibilidade permite a incorporação futura de novos métodos, conforme estes sejam pesquisados e desenvolvidos. Ao final, pretende-se obter uma ferramenta que sirva tanto para o estudo fundamental dos problemas e fenômenos físicos, específicos encontrados durante a perfuração, quanto para o acompanhamento em tempo real para auxílio aos profissionais envolvidos no processo. introdução A análise de dados de PWD vem se mostrando de grande valia para a antecipação de diversos problemas ocorridos durante a perfuração de poços de petróleo (Aragão et al. 2005). A informação da pressão anular de fundo, adquirida da ferramenta de PWD, é de fundamental importância para o acompanhamento da perfuração e para a detecção de vários eventos indesejáveis, contribuindo para a otimização da perfuração, com redução de tempo e de custos operacionais. abstract for the key study of the problems and physical, specific phenomena found during drilling, both for real-time monitoring to assist professionals involved in the process. (Expanded abstract available at the end of the paper). A análise da pressão anular visa, sobretudo, garantir a operação dentro de uma janela operacional, definida por um valor mínimo (pressão de poros ou de colapso inferior) e máximo (pressão de fratura ou de colapso superior). Qualquer flutuação para fora dos limites máximo e mínimo traz riscos à integridade da formação e à operação como um todo, podendo, em casos extremos, inviabilizar a continuidade da perfuração. Por exemplo, se a pressão anular atingir o limite mínimo da janela operacional, pode haver influxo de fluidos da formação (kick) para dentro do poço, o que levará a várias horas perdidas no combate ao kick. Já a flutuação da pressão para valores acima do limite máximo da janela operacional pode acarretar em fraturas com perda de circulação. São vários os fenômenos que impactam diretamente no comportamento das pressões anulares durante a perfuração, tais como: remoção ineficiente dos sólidos gerados durante a perfuração, quebra de gel na retomada de circulação após períodos de repouso, movimentação da coluna (surge/swab), troca de fluido, kicks, entre outros (Teixeira et al. 2005). Assim, a análise da pressão anular aliada a outros parâmetros operacionais (tais como rotação de coluna, vazão, taxa de penetração, pressão de bombeio, torque, arraste etc.) torna-se uma ferramenta de grande importância para a determinação das diversas ocorrências durante o processo de perfuração de poços de petróleo. Hoje, a análise destes dados é feita por um especialista, uma vez que o uso do PWD tem se tornado cada vez mais difundido nas operações de perfuração da Petrobras, especialmente em campos de grande importância. Por este motivo, vislumbrou-se a possibilidade de desenvolvimento de uma ferramenta capaz de receber os dados em tempo real, tratá-los e, assim como o especialista, apresentar conclusões, identificar problemas potenciais e alertar o operador, auxiliando-o na tomada de decisões. A interpretação feita pelo especialista tem uma grande carga de subjetividade e pode variar de acordo com o interpretador. Um dos objetivos do desenvolvimento do software interpretador de pressões é estabelecer critérios quantitativos e minimizar a subjetividade das análises. o 352

3 Além disto, a ferramenta tem como objetivo acompanhar todo o processo, fazendo registros históricos que poderão servir no futuro como mais informações para garantir a confiança na determinação de uma ocorrência. Haverá ainda a sugestão de ações preventivas e corretivas que serão automaticamente expostas pela ferramenta quando houver a identificação de uma ocorrência indesejável. O objetivo principal do desenvolvimento do software, batizado de PWDa, é fornecer uma ferramenta de apoio à decisão durante a operação e também gerar uma fonte extra de estudo para desenvolvimento de novos modelos, sobretudo métodos que auxiliem cada vez mais na detecção de eventos. Outro benefício é o da perpetuação dos conhecimentos técnicos na Petrobras, evitando que o mesmo se perca. metodologia Para o desenvolvimento da ferramenta, foi criado um projeto com participação de equipes de pesquisa e de operação da Petrobras e da Engineering Simulation and Scientific Software, (ESSS), empresa especializada no desenvolvimento de softwares científicos. O objetivo foi a definição de uma metodologia de análise para subsidiar a construção do software. A idéia principal do software é comparar valores previstos de densidade de equivalente de circulação (equivalent circulation density ECD), densidade estática equivalente (equivalent static density ESD) média e pressão de bombeio com os valores reais adquiridos dos sensores de PWD e de superfície. Discrepâncias entre os valores previstos e medidos podem indicar uma anormalidade no processo de perfuração. Os passos para a identificação são: 1) a partir dos dados de mudlogging (pressão de bombeio real, taxa de penetração, vazão, rotação de coluna, torque, arraste, profundidade do poço, profundidade da broca etc.), o programa calcula um perfil de concentração de sólidos ao longo do poço. É importante salientar o caráter transiente deste cálculo. O histórico do poço é extremamente importante. Picos de taxas de penetração instantânea têm grande influência, assim como variação de vazão; 2) a partir do perfil de concentração de sólidos, o programa calcula um perfil de pressões (tanto no interior da coluna quanto no espaço anular) ao longo do poço. Para isso, são calculadas também todas as perdas de carga do sistema de circulação; 3) do passo anterior, são calculados o ECD previsto, ESD médio previsto e a pressão de bombeio. Tais valores são comparados com os valores medidos pelos sensores. Diferenças significativas entre os valores ou tendência de comportamento diferente das curvas medidas e previstas podem indicar anomalias. Uma vez que o programa identifica tendências diferentes de duas curvas, o módulo de regras de identificação é acionado para interpretar possíveis problemas. O software alerta o usuário e sugere ações corretivas ou preventivas. A chamada análise de pumps-off (comportamento de pressões durante as paradas de circulação) é um recurso indispensável para auxiliar na interpretação. O ESD médio está associado à concentração de sólidos no espaço anular (de onde se podem tirar conclusões sobre as condições de limpeza do poço). O ESD mínimo está, geralmente, associado a efeitos de pistoneio devido à movimentação da coluna. O ESD máximo pode estar associado a valores de pressão devido à quebra de gel, a efeitos de pistoneio ou aos dois efeitos combinados. A figura 1 mostra um perfil típico de PWD, onde são mostradas (com o tempo) as curvas de ECD, pressão de bombeio, vazão, ESD, taxa de penetração, profundidade do poço e demais parâmetros operacionais. A análise do comportamento de pressões em tempo real requer a construção de regras e modelos fenomenológicos que descrevam a 353 o

4 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. Figura 1 Perfil típico de PWD. Figure 1 Typical PWD log. dinâmica das operações. Tais modelos devem ser de solução rápida, de forma a garantir que as interpretações sejam feitas em escalas de tempo compatível com a transmissão de dados de pressão e com o tempo de resposta do poço a ações preventivas e/ou corretivas. Este processo, de caráter notadamente transiente, foi desenvolvido com sistemas híbridos que capturassem a física básica do problema e a experiência operacional. Por exemplo, um aumento da taxa de penetração (rate of penetration ROP) pode levar a um acréscimo na pressão de fundo devido ao aumento da hidrostática transmitida pelos sólidos. O aumento da vazão gera dois efeitos concorrentes que podem aumentar ou diminuir as pressões de fundo: se por um lado reduz a carga de sólidos no anular levando a uma diminuição da hidrostática, por outro aumenta as perdas de carga, levando a um aumento das pressões o 354

5 de fundo. O software é capaz de simular todos estes fenômenos. Foram desenvolvidas e integradas à ferramenta diversas rotinas para previsão de ECD: pressão de bombeio e concentração, sólidos, deslocamento de fluidos (tampões), previsão de perda de carga em equipamentos direcionais e demais ferramentas etc. Algumas das diversas rotinas desenvolvidas e implementadas são descritas a seguir: calibração de equipamentos (shallow test) A rotina de calibração de equipamentos faz previsões de perda de carga em equipamentos (motor de fundo, MWD/LWD/PWD etc.) com base em dados (identificados automaticamente pelo software) de procedimentos de shallow test. calibração de perdas de carga em coluna e em anular A rotina de calibração de coluna e de anular identifica (também automaticamente) dados de ECD, pressão de bombeio e vazão e ajusta o fator de atrito para uma correta previsão de perda de carga. Desta forma, garante-se que discrepâncias entre as pressões medidas e as previstas devemse apenas a eventos não esperados. cálculo de concentração de sólidos e de pressões O cálculo da concentração de sólidos é um dos cálculos mais importantes pois tem impacto direto nas pressões de fundo de poço. Além disso, é com base neste cálculo (quando comparado com a concentração de sólidos real) que o programa identifica problemas de remoção deficiente de cascalhos. Após a determinação do perfil de concentração de sólidos ao longo do poço, é calculado o perfil de pressões previsto. O valor de pressão de fundo previsto é transformado em densidade equivalente e comparado com o ECD medido. rotina de deslocamento de fluidos Esta rotina permite ao software contabilizar o efeito da passagem de tampões (finos e viscosos) nas perdas de carga e na concentração de sólidos. A rotina calcula a posição da interface entre diversos fluidos desde o momento em que eles são inseridos na coluna até a sua saída do poço. rotina de leak-off test Esta rotina permite a identificação da pressão de fratura na sapata com base nos dados de PWD replay. rotinas de surge e de swab Faz as previsões de acréscimo (surge) e de decréscimo (swab) de pressão de fundo devido à movimentação de coluna. A velocidade da coluna e a posição da broca (dados de entrada para o cálculo de surge e swab) são recebidos pela ferramenta em tempo real (dados de mudlogging). rotina de cálculo de quebra de gel Calcula o acréscimo de pressão de fundo de poço na retomada de circulação devido à quebra de gel. Além das rotinas descritas, foram desenvolvidas e implementadas também diversas regras para interpretação de discrepâncias entre as curvas previstas e as reais. Isto permitirá a interpretação dos dados de forma muito similar à feita atualmente pelo especialista, porém de forma menos subjetiva. Na figura 2 é exemplificada a idéia a ser aplicada. O programa identifica trechos de curvas (de ECD, por exemplo) 355 o

6 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. Figura 2 Exemplo da análise de comportamento. A curva verde identifica os trechos de constante, descida e subida da profundidade da broca. Figure 2 Example of behavior analysis. The green curve identifies the Constant stretches, drill bit depth run in and rise. constantes, ascendentes e descendentes, compara com a curva prevista e identifica comportamentos anômalos. a ferramenta computacional pwda O PWDa foi concebido de forma a possibilitar sua utilização em duas diferentes configurações. A primeira, operando com a aquisição e a análise em tempo real. A segunda, fazendo uma pós-análise de dados de perfuração já existentes em um ambiente gráfico amigável e com retorno das informações de forma bastante visual. Na figura 3 é mostrado um esquema da comunicação da ferramenta com as fontes de dados. O software pode ser alimentado com arquivos do simulador de hidráulica de poço e carreamento de cascalhos da Petrobras (Simcarr) Dados de Mudlogging (sensores de superfície) Figura 3 Comunicação da ferramenta com as fontes de dados. Figure 3 Tool communication with data sources. o 356

7 para preenchimento de geometria de poço, composição de coluna e dados de fluidos. Tais dados podem também ser preenchidos manualmente. Além disso, o software recebe dados de PWD e mudlogging via arquivos LAS, para retroanálises, ou via WITS (wellsite information transfer specification), para análises em tempo real. Foi desenvolvida uma primeira versão do software para poços verticais capaz de identificar os seguintes eventos e/ou realizar as seguintes análises: furo na coluna ou wash out; entupimento de jatos da broca; queda de jatos da broca; arrombamento ou desmoronamento no poço; enceramento do estabilizador; obstrução do anular; obstrução no anular por acúmulo de sólidos; aumento de volume do tanque ativo; perda de circulação para a formação; análise de pumps-off; carregamento de sólidos esd anular. Na figura 4 é exibida a tela da primeira versão do PWDa durante recebimento de dados em tempo real. As trilhas 1, 2 e 3 mostram a comparação entre os dados recebidos e os simulados. Na trilha de observações são mostradas as interpretações feitas com sugestões. É possível receber dados em tempo real em campo via cabo serial e protocolo WITS. Foram feitos alguns testes com a ferramenta em sondas de perfuração com cabo serial e protocolo WITS. Entretanto, este tipo de comunicação limita a ferramenta ao uso somente em sonda. O uso da ferramenta em salas de centro de suporte à decisão (CSD), o que é bastante promissor, não é possível com a maioria das companhias de serviço. Além disso, a comunicação entre o cabo serial e o protocolo WITS tem, cada vez mais, caído em desuso. Por este motivo, foi concebido e está em fase de desenvolvimento um módulo de comunicação com o sistema Exata da Petrobras via rede. Isto tornará o programa compatível com o banco de dados integrados do E&P, o que trará uma enorme flexibilidade na aquisição de informações e no uso do software. testes para validação de rotinas de cálculo e interpretações Foram feitos alguns testes para validação dos cálculos, previsões e identificação de eventos. Os primeiros testes foram realizados durante a perfuração do poço 7-SER-18D-RNS do campo de petróleo de Serra, no Rio Grande do Norte. Na ocasião, foi testado o módulo de identificação de modo de operação. Este módulo é responsável por identificar automaticamente processos como: circulação, perfurando, conexão, desconexão, manobra de subida (com ou sem backreaming), manobras de descida etc. O software identificou com índice de acerto de 100 % os modos de operação durante os 30 dias de testes. O módulo de identificação de eventos foi novamente testado em embarques posteriores (poço 1-SPS-55 e 4-SPS-62), sempre com 100% de acerto. comparações com resultados do Simcarr Foram feitos também alguns testes de comparação com resultados do Simcarr. Os dois software são bastante diferentes e projetados para situações distintas, o que torna difícil a comparação entre as respostas de ambos. Enquanto o Simcarr é um software que simula situações em estado estacionário e basicamente para projeto, o PWDa é um software feito para acompanhamento e seus cálculos são todos transientes. Entretanto, se o PWDa for testado em um ambiente controlado em que os parâmetros de entrada (ROP, vazão, rotação etc.) são todos constantes no tempo e iguais aos alimentados no Simcarr, a partir de um certo momento, o programa entenderá que a situação atingiu um estado estacionário. Em tal situação, as respostas dos dois software deverão ser bem parecidas. Isto foi verificado. Na tabela 1 é apresentada 357 o

8 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. Figura 4 Tela do PWDa. Figure 4 PWDa screen. uma comparação entre os resultados (ECD de fundo, ECD na sapata, concentração de sólidos na sapata, concentração de sólidos no riser e pressão de bombeio) dos dois programas para determinadas situações. Para isso, foi simulada a perfuração de um poço vertical com as seguintes características: profundidade final de 3.750m; riser (ID = 19 1/2 pol) até 1.200m, sapata (ID = 8,681 pol) a 325m e poço aberto (de 8 ½ pol) até a profundidade final; vazão de 500gpm; ROP de 10m/h; cascalhos de peso específico igual a 21 lb/ gal e diâmetro equivalente de 0,1 pol; coluna composta somente por tubos (OD = 5 pol e ID = 4,276 pol); broca com cinco jatos de 14in/32; sem rotação de coluna; fluido de peso específico de 10 lb/gal e com a seguinte reologia: L600 = 60; L300 = 50; L200 = 37; L100 = 28; L6 = 11; L3 = 10. As diferenças nas respostas devem-se às distintas metodologias de cálculo utilizadas pelos dois programas. Diferentemente do Simcarr (que o 358

9 resolve o problema de forma estacionária), o PWDa precisa de modelos transientes para previsão e acompanhamento dos parâmetros de perfuração. Desta forma, os diferentes modelos utilizados levam a respostas um pouco diferentes. Todavia, as diferenças constatadas são pequenas e perfeitamente aceitáveis. testes com dados simulados A etapa seguinte, de testes, constou na avaliação da desempenho do programa com dados de perfuração simulados. Os testes foram feitos com um gerador de dados de perfuração construído por uma companhia de serviços. Foi possível variar determinados parâmetros operacionais, mantendo os demais constantes e verificar a resposta do programa. Por exemplo, variou-se a ROP e verificou-se a variação do perfil de concentração de sólidos e a pressão ao longo do poço. Na figura 5 é visto o perfil de concentração de sólidos (linha vermelha) após um período em que a taxa de penetração passou de 5 para 0 e, depois, para 10m/h. Observa-se que a quantidade de sólidos gerada pela broca durante o período em que a taxa era de 5m/h foi transportada levando a uma determinada concentração de sólidos nos trechos mais próximos à superfície. Posteriormente, a perfuração é interrompida, mas a circulação continua (período de ROP = 0). Os sólidos continuam sendo carreados, contudo não há geração. Observam-se então regiões com concentração de sólidos muito baixas. Logo abaixo destas regiões, encontra-se uma concentração de sólidos mais elevada. Isto ocorre devido ao aumento da ROP para 10 m/h, gerando mais sólidos que são carreados pelo fluido e, aos Parâmetro Resposta Simcarr Resposta PWDa ECD sapata (lb/gal) 10,50 10,52 ECDfundo (lb/gal) 10,54 10,56 Concentração sólidos sapata (%) 0,36 0,40 Concentração sólidos riser (%) 0,24 0,27 Pressão de bombeio (PSI) Tabela 1 Comparação entre Simcarr e PWDa. Table 1 Comparison between Simcarr and PWDa. Figura 5 Mudança no perfil de concentração de sólidos devido à mudança da ROP. Figure 5 Solid concentration log change due to change in ROP. 359 o

10 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. poucos, aumentam a concentração de sólidos das regiões mais acima. Na figura 6 é ilustrado o pequeno aumento de ECD (curva vermelha na trilha 3) com o tempo devido também a um aumento de taxa de penetração (curva verde clara na trilha 2). Nas figuras 5 e 6 é exibido o caráter transiente do programa. testes em centro de suporte à decisão A seguir, foram realizados testes no Centro de Suporte à Decisão (CSD) da Unidade de Negócio da Bacia de Santos (UN-BS) e em sonda (durante perfuração de poços exploratórios na Bacia de Santos). Estes testes permitiram testar com sucesso, pela primeira vez, a comunicação de dados do software PWDa em uma locação distante da geração dos dados. testes em sonda de perfuração Foram realizados alguns embarques com o software, entre eles os poços 1-SPS-55 e 4-SPS-62. O primeiro teste realizado em sonda foi muito bem sucedido. O software recebeu dados reais de perfuração em tempo real por 14 dias durante a perfuração do poço 1-SPS-55, no Campo de Guará. Alguns problemas de interface foram identificados e corrigidos. A freqüência de recebimento dos dados também era diferente, o que permitiu verificar que as correções feitas no módulo de comunicação em tempo real foram bem sucedidas. Os cálculos realizados pela ferramenta durante este teste foram avaliados e verificou-se que o programa respondeu de forma bastante satisfatória. O módulo de interpretação de eventos também respondeu muito bem e não houve interpretações errôneas. Na figura 7 é mostrada a tela do programa durante os testes. Na trilha 3, é possível se verificar a curva de ECD real (curva preta) e a de ECD previsto pelo programa (curva vermelha). Nota-se que ambas as curvas são muito próximas, mostrando que o PWDa é capaz de prever com bastante exatidão os parâmetros operacionais reais. Os picos de ECD real observados na figura deveram-se a erros de comunicação com a ferramenta de PWD. O segundo teste (no poço 4-SPS-62) foi igualmente bem sucedido. Durante toda a perfuração, o programa previu com precisão o ECD de fundo e o ESD médio. Isto mostra que o transporte de sólidos calculado pelo programa está bastante próximo do real. Na figura 8, trilha 3, o ECD previsto pelo PWDa (linha rosa) coincide com o ECD real medido pelo PWD (pontos pretos). Já o ESD médio previsto (linha verde) também coincide com o ESD médio real (pontos azuis). Ademais, o software identificou corretamente a causa de uma diminuição brusca da taxa de penetração como sendo o desgaste da broca. Ao se retirar a broca, constatou-se uma perda de calibre de 0,5 pol. Figura 6 Aumento do ECD devido a aumento na ROP. Figure 6 Increase of ECD due to increase in the ROP. o 360

11 implementações futuras regras para interpretação de dados de torque e de drag Já estão implementadas regras para a interpretação de dados de pressão (tais como regras para identificação de kicks, limpeza deficiente de sólidos, enceramento de broca, entupimento e/ou queda de jatos de broca, desmoronamento de poço etc.). Os dados de torque e de arraste, por sua vez, são também extremamente úteis para a identificação de problemas no poço. Entende-se que a análise de dados de torque e de arraste, aliada à interpretação de dados de pressão, trará muito mais robustez às interpretações e identificações feitas pelo software. Como exemplo, pode-se citar a interpretação de limpeza deficiente. Além do aumento da pressão, o aumento do torque e do arraste podem aumentar a certeza na identificação deste problema. O mesmo se aplica ao caso de enceramento de brocas e inúmeros outros eventos. Tem-se trabalhado no sentido de se enriquecer o módulo de identificação com novas regras de interpretação de dados de torque e de arraste. Esta etapa irá incorporar ao projeto o conhecimento de especialistas da área e deverá agregar bastante valor ao produto final. correção de reologia com temperatura A reologia do fluido de perfuração é fortemente influenciada pela temperatura. A diminuição ou o Figura 7 Grande concordância entre dados reais e dados previstos pelo PWDa. Figure 7 Great conformity between actual data and data estimated by the PWDa. 361 o

12 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. aumento da reologia (devido a temperaturas mais altas e mais baixas) tem forte impacto no cálculo das perdas de carga e no carreamento de sólidos. Será implementado um perfil de temperatura no poço, levando-se em conta o dado de temperatura de fundo fornecido pelo PWD. Assim, a reologia do fluido será corrigida para as várias temperaturas encontradas no poço (Aranha et al. 2008). leak-off test (LOT) Será também implementado um módulo para interpretação automática dos dados de LOT provenientes do PWD replay. Esta funcionalidade do PWD permite o envio à superfície de todos os dados de pressão de fundo durante o teste. O módulo identifica quando os pontos de pressão saem da linearidade e calcula o limite máximo da janela operacional. Figura 8 Boa concordância entre ECD e ESD previstos e reais. Figure 8 Good conformity between estimated and actual ECD and ESD. o 362

13 perfuração com alargadores Será executado um módulo de cálculo de perda de carga e carreamento de sólidos para situações em que a perfuração é feita com alargamento simultâneo ou posterior. Isto aumenta o cenário de aplicação do software. sedimentação de partículas em fluido gelificado Serão desenvolvidos e implementados cálculos para a determinação da velocidade de sedimentação de partículas em situações de fluido sem circulação (fluido gelificado, com viscosidade aumentando com o tempo). (Bastos et al. 2008) expansão térmica Cálculos para previsão de expansão térmica de fluidos serão feitos e seus resultados, colocados em prática. Isto evitará a identificação de falsos kicks. fatores de atrito e melhores modelos reológicos para cada fluido utilizado na Petrobras O PWDa faz previsão de perdas de carga utilizando uma única correlação de fator de atrito e um único modelo reológico. Foi feito um estudo para se determinar a melhor correlação de fator de atrito para cada tipo de fluido (sintético, catiônico, catiônico com obturante, drillin) assim como o melhor modelo reológico para cada um deles. Estas correlações serão implementadas em breve no PWDa (Scheid et al. 2008). reconhecimento de padrões Serão desenvolvidos reconhecimentos de padrões de alguns fenômenos, tais como pack-offs (obstruções anulares momentâneas por acumulo de sólidos), balooning e outros eventos que apresentem uma assinatura característica. Tais eventos são de difícil detecção e podem facilmente ser confundidos com outros eventos (como kicks). Um exemplo de identificação de assinaturas é a pressão de fundo em forma de barbatana de tubarão, característica de um balooning. Com o reconhecimento de padrões e assinaturas características, o software poderá diferenciá-los com mais facilidade. inteligência artificial Será avaliada a possibilidade de implementação de inteligência artificial (por redes neurais) para a identificação de fenômenos. Além disso, em breve, começarão a ser desenvolvidos os métodos de previsão de pressão, de concentração de sólidos e de altura de leito para poços inclinados e horizontais. A previsão para a primeira versão do PWDa é até o final de considerações finais Foi elaborada uma primeira versão do software PWDa para a identificação de eventos indesejáveis em poços verticais. Por se tratar de uma ferramenta com objetivos de operação e de desenvolvimento, sua arquitetura vem sendo concebida com o máximo cuidado. O motivo de todo este cuidado é prover total flexibilidade para a adição de novos métodos de análise e simulação, assim como para a adição de dados que por ventura não estejam sendo tratados no momento. Esforços estão sendo feitos para integrar regras de interpretação de dados de torque e de arraste às regras já implementadas para interpretação de dados de pressão. Entende-se que a interpretação de dados de torque e de arraste podem trazer um enorme benefício ao software enriquecendo muito as análises e as conclusões. Também estão sendo feitos esforços para finalizar a aquisição de dados em tempo real via cabo de rede diretamente do sistema Exata. Isto aumentará de forma significativa as possibilidades e a flexibilidade no uso da ferramenta computacional. Mais testes de campo ainda precisam ser realizados para uma validação mais segura do módulo de identificação de eventos. Após a etapa de validação, será disponibilizada uma versão 363 o

14 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. para a Petrobras com uso em campo para auxílio à tomada de decisão durante a perfuração. Com os métodos de análise implementados, será possível sinalizar na interface gráfica da ferramenta a ocorrência de determinados fenômenos, ativando alarmes para os casos em que os dados de PWD indicarem problemas na perfuração, como pressão próxima aos limites da janela de operação, aumento do acúmulo de cascalho e possível aprisionamento da coluna, entre outros. A próxima etapa no desenvolvimento da ferramenta é a construção de uma nova versão para identificação de fenômenos em poços inclinados e horizontais com geometrias mais complexas. Para a disponibilidade de uma versão realmente operacional, ou seja, capaz de ser usada durante a perfuração de um poço e na sua pós-análise, será trabalhado o aperfeiçoamento em relação à performance de visualização e de otimização do uso de memória para viabilizar a operação com um volume maior de dados do que é possível hoje. Deve-se ressaltar que o processo de aprimoramento das rotinas de diagnóstico de problemas no software PWDa é contínuo durante a fase de implantação do programa no campo, que ora se inicia. Nesta etapa, a equipe desenvolvedora conta com o apoio dos implantadores que trarão não só a sua experiência operacional pregressa, mas também o feedback do uso do software em diversas situações. Esta etapa certamente agregará um valor expressivo visando ao aumento da robustez do PWDa. referências bibliográficas \\ ARAGÃO, A. F. L.; TEIXEIRA, G. T.; MARTINS, A. L.; GANDELMAN, R. A.; SILVA, R. A. PWD: analysis in deepwater environments: Campos Basin case studies. In: DEEP OFFSHORE TECHNOLOGY, 17., 2005, Vitória. Proceedings... Tulsa: PennWell \\ ARANHA, P. E.; GANDELMAN, R. A.; WALDMANN, A. T. A.; GUI- LHERME, H. C. M.; MARTINS, A. L.; ARAGAO, A. F. L. Avaliação do efeito de temperatura nos parâmetros reológicos dos fluidos Petrobras. In: SEMINÁRIO DE FLUIDOS DE PERFURAÇÃO E COMPLETAÇÃO, 3., 2008, Macaé. [Trabalhos apresentados...]. Rio de Janeiro: Petrobras v. \\ BASTOS, R.; GANDELMAN, R. A.; MARTINS, A. L. Particles Sedimentation in a Rheopetic Fluid in Static Conditions. In: BRA- ZILIAN CONFERENCE ON RHEOLOGY, 4., 2008, Rio de Janeiro. [Trabalhos apresentados...]. Rio de janeiro: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas \\ SCHEID, C. M.; CALÇACA, L. A.; ROCHA, D. C.; ARANHA, P. E.; MARTINS, A. L. Avaliação experimental da perda de carga no escoamento de fluidos de perfuração em dutos, anulares e acessórios. In: SEMINÁRIO DE FLUIDOS DE PERFURAÇÃO E COMPLETAÇÃO, 3., 2008, Macaé. [Trabalhos apresentados...]. Rio de Janeiro: Petrobras v. \\ TEIXEIRA, G. T.; ARAGÃO, A. F. L.; MARTINS, A. L.; GANDELMAN, R. A.; LEAL, R. A. F.; SILVA, R. A. PWD: análise de dados e o projeto conceitual de uma ferramenta computacional para interpretação. In: SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE POÇO, 6., 2005, Búzios. [Trabalhos apresentados...]. Rio de janeiro: Petrobras CD Rom. webgrafia \\ W.I.T.S. : wellsite information transfer specification. Disponível em: <http://home.sprynet.com/~carob/>. Acesso em: abr o 364

15 autores Roni Abensur Gandelman \\ Centro de Pesquisas da Petrobras (Cenpes) \\ Gerência de Tecnologia de Engenharia de Poço Gleber Tacio Teixeira \\ E&P Serviços \\ Gerência de Serviços de Poço Roni Abensur Gandelman é Engenheiro Químico formado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Desde 2004, desenvolve trabalhos teóricos e experimentais sobre hidráulica de perfuração e interpretação de dados de pressões de fundo durante a perfuração, fenômenos de gelificação em fluidos de perfuração, projetos hidráulicos e desenvolvimento de software para a área de perfuração. Alex Tadeu de Almeida Waldmann \\ Centro de Pesquisas da Petrobras (Cenpes) \\ Gerência de Tecnologia de Engenharia de Poço Gleber Tacio Teixeira é Químico de Petróleo Pleno na Petrobras. Trabalha há cinco anos no Serviço de Fluidos, em Macaé (RJ), onde exerce atividades relacionadas à área de fluidos de perfuração, desenvolvendo e avaliando novas formulações e tecnologias. Graduou-se e obteve o título de mestre em química ambiental pela Universidade Federal de Goiás. Fez especialização em química pela Universidade Federal de Lavras. Antes de entrar na Petrobras, trabalhou por 4 quatro anos na Comissão Nacional de Energia Nuclear. Átila Fernando Lima Aragão \\ E&P Serviços \\ Gerência de Serviços de Poço Alex Tadeu de Almeida Waldmann é Engenheiro Químico formado na Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro e mestre pelo Departamento de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Desde 2001, desenvolve trabalhos teóricos e experimentais sobre propriedades e modelagem de filtração de fluidos de perfuração em rochas-reservatório, hidráulica de perfuração e análise de pressões de fundo durante a perfuração. Átila Fernando Lima Aragão é formado em Engenharia Química pena Universidade Federal da Bahia. Desde que entrou na companhia, em 1981, trabalha na área de fluidos de perfuração e completação, tanto na execução como no desenvolvimento de projetos. Nos últimos 12 anos, tem coordenado operações de perfuração e completação na Bacia de Campos. Atualmente, é consultor sênior da Petrobras, lotado no Serviço de Fluidos da Gerência de Serviços de Poço. 365 o

16 o Desenvolvimento de ferramenta computacional interpretadora de dados de PWD (Pressure While Drilling) em tempo real Gandelman et al. autores Mauricio Seiji Rezende \\ Engineering Simulation and Scientific Software (ESSS) Eduardo Kern \\ Engineering Simulation and Scientific Software (ESSS) Mauricio Seiji Rezende é formado pelo Departamento de Informática da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul e é Mestre em Ciências da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Ingressou na ESSS em 2005 atuando em projetos de desenvolvimento de softwares científico e para engenharia. Atualmente, é coordenador de projetos da ESSS. Eduardo Kern é formado e concluiu seu mestrado em Ciências da Computação no Departamento de Informática e Estatística da Universidade Federal de Santa Catarina. Começou na ESSS em 1998, atuando em diversos projetos de desenvolvimento de softwares científicos e para engenharia. Atualmente, é gerente de desenvolvimento de software da ESSS. Clovis Maliska Junior \\ Engineering Simulation and Scientific Software (ESSS) André Leibsohn Martins \\ Centro de Pesquisas da Petrobras (Cenpes) \\ Gerência de Tecnologia de Engenharia de Poço Clovis Maliska Junior formou-se em Engenharia Mecânica em 1997 e concluiu seu mestrado em ciências térmicas em 2000, ambos os cursos pelo Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina. Ele fundou a ESSS em 1995, atuando em diversos projetos de desenvolvimento de softwares científicos e para engenharia. Hoje, é presidente e diretor de desenvolvimento de software da ESSS (Engineering Simulation and Scientific Software). André Leibsohn Martins é consultor sênior na Tecnologia de Engenharia de Poço do Cenpes. Começou na Petrobras em 1986 e coordenou diversos projetos envolvendo perfuração, completação e hidráulica de cimentação de poços. É formado em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Mestre em Engenharia de Petróleo pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e Doutor pelo Departamento de Engenharia Química da UFRJ. o 366

17 expanded abstract The anticipation and remediation of potential hole problems is an ultimate goal of most real time measurement devices installed in drilling rigs. Among the several sensors available, PWD (pressure while drilling) measurements gained popularity due to its potential for problem diagnosis. The complete understanding of the physical phenomena governing downhole pressure is, however, far from being spread among the drilling teams at the rigsite. Petrobras is developing a computational tool to interpret PWD and mudlogging real time data while drilling. The tool should identify undesirable phenomena such as poor hole cleaning, kicks or pressure peaks due to gel breaking when circulation is resumed, alerting the operators. Nowadays, an experimented operator monitors the drilling job and identifies problems. This way, the identification of potential problems is a very subjective process and can vary depending on expert. The proposal of this project is to provide a tool to help the operators to take important decisions rapidly in an objective way, optimizing drilling job (reducing time and operational costs). The software should receive real time PWD (ECD, ESD, internal column pressure and temperature) and mudlogging (real pump pressure, rate of penetration, flow rate, drillstring rotation, torque, drag, bit and hole depth, etc) data during the drilling job and predict ECD (equivalent circulation density), pump pressure and solids concentration. PWD and real pump pressure data are compared to the predict parameters. Differences between the real ECD and predicted ECD curves (along the time) as well between real pump pressure and predict pump pressure curves indicate some unexpected phenomenon. The different tendencies of real and predicted curves are interpreted to identify potential problems. Once a problem is anticipated, the software proposes actions to be taken in order to avoid the problem. If an effective problem occurs, corrective actions are recommended. Pumps of analysis also help the diagnosis process. The first version of the software, presently available, is able to identify the follow events in vertical wells: wash out; bit jets obstructions; bit jets loss; borehole enlargement; bit/stabilizer balling; annular obstruction; annular obstruction due to solids accumulation; gas influxes; circulation losses; breathing/balooning. Validation tests were carried out with simulated real data in drilling rigs. The results showed a very good prediction of parameters in normal conditions. The interpretation of phenomena was also very accurate. Further development include a version for inclined and horizontal wells as well the incorporation of torque and drag parameter analysis rules, temperature effects, Leak-off test interpretation, drilling + reaming analysis and synthetic based muds thermal expansion. Pattern recognition and artificial intelligence techniques will be incorporated to add value to interpretation capabilities. 367 o

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