PERFURAÇÃO de POÇOS DIRECIONAIS e HORIZONTAIS

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1 PERFURAÇÃO de POÇOS DIRECIONAIS e HORIZONTAIS Professor: Rafael Castro Msc. Engenharia de Petróleo (UNICAMP) Engº de Petróleo (Petrobras) Contatos: rcastro.oliveira@petrobras.com.br Tel.: (79) / (79) 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 Definição 1.1 Aplicações de Poços Direcionais 1.2 Fatores que influenciam a trajetória 1.3 Definições Básicas Classificação e Tipos 1.5 Sistemas de Referências Perfuração direcional é aquela em que as coordenadas geográficas do alvo são diferentes das coordenadas da Cabeça do Poço

2 VERTICAL OU DIRECIONAL? VERTICAL OU DIRECIONAL? VISÃO EM PLANTA DIRECIONAL Perfuração Direcional: Aplicações 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) Áreas de difícil acesso

3 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 Perfuração Direcional: Aplicações Template submarino Aproveita-se a cabeça e parte de outro poço para realizar um desvio buscando o reservatório

4 Perfuração Direcional: Aplicações Perfuração Direcional: Aplicações Aumento da área de drenagem do reservatório e produção de zonas fraturadas Desvio de formações indesejadas na subsuperfície, como Domos salinos POÇOS DE ALÍVIO Perfuração Direcional: Aplicações Arrasamento de poço vizinho em blowout 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

5 Perfuração Direcional: Aplicações 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) Poço Piloto para Otimizar a Aterrisagem e Navegação do Poço Partilhado Gas Identification of Formation and Fluid Interfaces Water Geological Correlation Oil Optimized Placement of Completion 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.

6 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

7 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! $ 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 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 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

8 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 Projeção Horizontal 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 Projeção Vertical 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): 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

9 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) 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

10 Toolface Angle (TFA) deg 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 BUR( 0 /30 metros) RAIO (m) Raio Longo a 215 Raio Médio a 57 Raio Intermediário a 29 Raio Curto 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)

11 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 Classificação quanto ao AFASTAMENTO X/Y > 2 Classificação quanto ao AFASTAMENTO TIPOS DE TRAJETÓRIAS

12 Trajetória direcional simples (+ comum) Trecho Vertical KOP BUILD UP Trecho Tangente ou Slant Subtipo: BuildUp Contínuo (não possui o trecho Slant) TIPO I: Poço SLANT Planejamento da Trajetória Tipo I 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 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 é profundo e próximo à cabeça do poço KOP profundo: Trecho vertical mais longo: economia Rochas duras Maiores riscos de colisão (Templates, p.e.) TIPO III: Build Up Contínuo

13 Trajetória Horizontal 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: Um trecho de Build Up Dois trechos de Build Up Planejamento com uma Seção de Build UP Planejamento com duas Seções de Build UP Poços 3D Designer Well Projeto 2D Convencional

14 Projeto 3D com NUDGE Projeto 3D com NUDGE nudged Projeto atualizado com Survey Projeto Vs Real (Surveys)

15 Projeto em Template Poços em Template Projeto Anticolisão Distância Centro a Centro

16 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 > 90 0 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/inconsolidadasdificuldade de fazer o KOP Problemas mecânicos Custo Maior Menores Taxas de perfuração global

17 Prisão por chaveta: DogLeg alto e concentrado Formação dura Baixa taxa de penetração Na puxada da coluna, os Comandos topam na chaveta BROCAS: Aspectos importantes para o Planejamento direcional