PROVA DE CONCEITO DE UM SISTEMA PARA VIABILIZAR A PERFURAÇÃO SEM RISER

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1 PROVA DE CONCEITO DE UM SISTEMA PARA VIABILIZAR A PERFURAÇÃO SEM RISER Roni A. Gandelman, Augusto B. Hougaz, Guilherme S. Vanni, Leonardo M. Ramalho e Emmanuel F. Nogueira Av. Horácio Macedo, 950 Cidade Universitária Ilha do Fundão Rio de Janeiro RJ roniag@petrobras.com.br RESUMO - As sondas marítimas atuais possuem elevado custo de operação. Elas correspondem atualmente a cerca de 50% do custo de construção do poço e são pagas por dia trabalhado. Além disso, os demais serviços também são pagos por dia à disposição ou por dia trabalhado. Assim, como forma de aumentar a eficiência operacional e reduzir o custo, tenta-se diminuir o tempo total de construção de poços. Uma forma de fazer isso é realizar a maior quantidade de operações possível em paralelo. Por exemplo, as operações de transferência e movimentação de cargas são quase todas realizadas em paralelo. Da mesma forma, os equipamentos que irão descer no poço são preparados com horas ou até mesmo dias de antecedência. Contudo, muitas operações ainda têm que ocorrer de forma sequencial, abrindo oportunidade para melhorias significativas. Além dos custos operacionais, foram observadas outras dificuldades, especialmente na perfuração de poços em águas profundas; cenário que trouxe consigo novos desafios. Um deles foi a necessidade de utilizar uma grande quantidade de juntas de riser, cada uma delas com grandes dimensões e elevado peso. Outro foi a demanda por uma maior capacidade dos tanques. Um terceiro é o grande tempo gasto para a descida do BOP utilizando-se os risers de perfuração. Desse modo, propõe-se a perfuração sem riser como forma de reduzir drasticamente o tempo e custo de construção de poços. Com a perfuração sem riser, tem-se potencial para reduzir significativamente o tempo necessário para a descida do BOP. Além disso, em sondas dual activity, abre-se uma nova perspectiva. Atualmente, essas sondas apresentam ganho significativo no início de poço. Contudo, após a instalação do BOP, elas passam a operar como sondas convencionais. Com a perfuração sem riser, possibilita-se a realização de atividades em paralelo mesmo após a instalação do BOP. Essa combinação tem, enfim, potencial para redução expressiva no tempo de perfuração de poços. Para validar o conceito, será realizado um teste de campo, capaz de avaliar, de forma segura, a perfuração de uma seção utilizando essa proposta. Palavras-Chave: perfuração, redução de custos, tecnologias disruptivas INTRODUÇÃO Os custos da perfuração de poços, especialmente em ambientes marítimos, têm aumentado muito nos últimos anos. No PNG 15-19, cerca de 1/3 dos investimentos totais previstos na Petrobras se destinam à construção de poços, o que é um valor bastante elevado. No cenário atual, em que o preço do barril do petróleo tende a diminuir, o elevado custo de perfuração traz o risco de tornar inviáveis economicamente campos offshore que hoje são importantes. Em outras palavras, o elevado custo da perfuração de poços marítimos tende a tornar a Petrobras menos competitiva ao longo dos anos. Grande parte dos custos da perfuração estão associados diretamente aos valores de alugueis de sondas, especialmente de águas profundas e ultra-profundas. Isto torna evidente a necessidade de aumento de eficiência operacional, reduzindo os tempos de perfuração e, consequentemente, reduzindo os custos. Assim, perfura-se mais poços para uma mesma quantidade de sondas (aumentando-se a produção) ou perfura-se a mesma quantidade de poços com um número menor de sondas. Além dos custos operacionais, foram observadas outras dificuldades, especialmente na perfuração de poços em águas profundas; cenário que trouxe consigo novos desafios. Um deles foi a necessidade de utilizar uma grande quantidade de juntas de riser, cada uma delas com grandes dimensões e elevado peso. Outro foi a demanda por uma maior capacidade dos tanques. Um terceiro é o grande tempo gasto para a descida do BOP utilizando-se os risers de perfuração.

2 O uso de sondas dual activity permite a realização de atividades em paralelo, reduzindo o tempo de perfuração. Entretanto, o potencial do uso deste tipo de sonda é limitado pela presença do riser. Não é possível, por exemplo, preparar e descer uma coluna de revestimento em paralelo enquanto se finaliza a perfuração da fase a ser revestida. É necessário primeiro retirar totalmente a coluna de perfuração do riser para, então, iniciar a descida do revestimento. Desse modo, propõe-se a perfuração sem riser como forma de reduzir drasticamente o tempo e custo de construção de poços. Além do potencial para reduzir significativamente o tempo necessário para a descida do BOP, em sondas duais, abre-se uma nova perspectiva. Atualmente, essas sondas apresentam ganho significativo no início de poço. Contudo, após a instalação do BOP, elas passam a operar como sondas convencionais. Com a perfuração sem riser, possibilita-se a realização de atividades em paralelo mesmo após a instalação do BOP, como é exemplificado no desenho esquemático da Figura 1, em que é descida uma coluna de revestimento ao mesmo tempo em que se retira a bucha de desgaste. Essa combinação tem, enfim, potencial para redução expressiva no tempo de perfuração de poços. O uso de uma cabeça rotativa submarina (a ser instalada abaixo do anel tensionador, acima do BOP) aliado ao uso de circulação reversa, já testada com sucesso na Petrobras (Torres et al.), ou o uso de coluna de perfuração dupla é capaz de viabilizar a perfuração sem riser. A Figura 2 mostra um desenho esquemático da perfuração sem riser com a cabeça rotativa submarina instalada acima do BOP e a circulação reversa. Figura 2 Perfuração sem riser com cabeça rotativa submarina e circulação reversa. A cabeça rotativa é instalada logo acima do BOP isolando o espaço anular do fundo do mar. A circulação de fluido de perfuração é feita no sentido oposto à convencional, injetando-se pelo anular. O retorno à superfície é feito pelo interior da coluna de perfuração. Embora as linhas de kill e choke também possam ser utilizadas para injetar fluido de perfuração pelo anular, a injeção é feita através de uma linha de injeção de fluido, mantendo-se as demais linhas livres para o combate a eventuais influxos indesejáveis. Outra forma viável de se eliminar o riser é o uso acoplado da coluna de perfuração dupla e da cabeça rotativa submarina, conforme mostrado na Figura 3. A coluna dupla consiste de dois drillpipes concêntricos, sendo que a injeção é feita através do anular entre os dois tubos e o retorno ocorre pelo tubo interno. Figura 1 Exemplo de operações em paralelo possibilitada pelo uso de sondas dual activity aliado à perfuração sem riser. A perfuração sem riser vem sendo discutida por vários anos sem que tenha se tornado uma realidade de fato. Existem ainda muitas tecnologias e técnicas que precisam ser desenvolvidas para que a eliminação do riser na perfuração offshore se torne uma realidade. Entretanto, atualmente as principais tecnologias necessárias para a perfuração sem riser já encontram-se disponíveis e, em alguns casos, testadas. Figura 3 Perfuração sem riser com cabeça rotativa submarina e uso de coluna de perfuração dupla.

3 A vantagem do uso da coluna dupla é que não há necessidade de uma linha extra para injeção de fluido pelo anular, uma vez que tanto a injeção e o retorno ocorrem pela coluna de perfuração. Entretanto, esta solução leva necessariamente à necessidade de mudanças no sistema de segurança de poço, pois deve-se garantir que o BOP seja capaz de cortar a coluna dupla. Embora ambas as técnicas sejam igualmente viáveis, a Petrobras entente que a opção de uso da cabeça rotativa acoplada à circulação reversa é a que menos exige mudanças nos equipamentos de segurança de poço e, portanto, a que apresenta o caminho mais curto. Para validar o conceito de perfuração sem riser, será realizado um teste de campo, capaz de avaliar, de forma segura, a perfuração de uma seção utilizando essa proposta. O teste será descrito adiante. TECNOLOGIAS A SEREM DESENVOLVIDAS Um dos principais equipamentos a serem desenvolvidos para a perfuração sem riser é a cabeça rotativa submarina, a ser instalada acima do BOP. Atualmente, existem modelos de cabeça rotativa que podem ser instalados abaixo do anel tensionador, cerca de 40m abaixo da superfície do mar. São necessárias algumas adaptações para que o equipamento possa ser instalado a profundidades da ordem de 2000m. Atualmente, há projetos de desenvolvimento deste tipo de cabeça rotativa com duas companhias de serviço. Além disso, uma terceira companhia (que já possui um modelo capaz de ser instalado abaixo do anel tesionador) está realizando as adaptações necessárias para o primeiro teste de campo. Além da cabeça rotativa, outras tecnologias também precisam ser desenvolvidas. São elas: Equipamentos direcionais para circulação reversa Atualmente existem equipamentos direcionais, além de ferramentas de PWD capazes de funcionar com circulação reversa. Entretanto, tais equipamentos transmitem dados à superfície por pulsos eletromagnéticos e não funcionam na presença de sais. Isto impossibilita seu uso para perfuração de poços do pré-sal. Assim, é necessário o desenvolvimento de equipamentos direcionais, bem como PWD, que funcionam com circulação reversa mesmo em presença de formações salinas. Linhas de serviço auxiliares Para o caso do uso de cabeça rotativa submarina acoplada à circulação reversa, é necessário o desenvolvimento de linhas de serviço flexíveis para injeção de fluido de perfuração no anular. Atualmente não existe uma solução disponível no mercado para isso, embora consultas informais a fornecedores tenham tido respostas positivas quanto à viabilidade deste tipo de solução. Barreiras de segurança É preciso desenvolver válvulas flap a serem posicionadas em revestimentos de vários diâmetros para fechar e vedar o anular após a passagem da broca durante manobras de retirada de coluna. O fluido de perfuração e o BOP são barreiras de segurança. No entanto, no momento em que o BHA estiver passando pelo BOP, a única barreira de segurança será o fluido de perfuração e, neste caso, é necessário uma outra barreira para impedir o descontrole do poço, caso a densidade do fluido não seja suficiente para matar o poço. Além dos itens citados acima, é necessário ainda avaliar a viabilidade de descer o BOP a cabo, em vez de usar uma coluna de trabalho. A descida a cabo permite reduzir bastante o tempo de instalação do BOP. É necessário, no entanto, avaliar se o cabo suporta o peso do BOP. O TESTE DE CAMPO A primeira etapa do projeto de perfuração sem riser é a realização de testes de campo para provar a viabilidade da técnica. Todos os desenvolvimentos posteriores estão condicionados ao sucesso dos testes de campo. O teste consiste em perfurar uma fase de um poço com circulação reversa e com a cabeça rotativa submarina instalada duas juntas de riser acima do BOP. Acima da cabeça rotativa, haverá o riser exatamente como em uma perfuração convencional. Entretanto, a cabeça rotativa será fechada, isolando o anular do poço abaixo do equipamento do anular riser/drillpipe. O anular do riser acima da cabeça rotativa será preenchido com água do mar, fazendo com que o equipamento seja submetido às mesmas condições de pressão e temperatura que estaria se o riser não estivesse presente. A Figura 4 mostra um desenho esquemático do teste planejado.

4 Figura 4 Teste de prova de conceito da submarina e circulação reversa. Durante o teste, a injeção de fluido será feita pela linha de booster, eliminando a necessidade da presença de uma linha auxiliar para injeção. Isto será possível porque haverá duas juntas de riser entre a cabeça rotativa e o BOP. A presença do riser garante a segurança operacional da operação. Se houver qualquer problema operacional que impeça a continuação do teste, o BOP será fechado e a cabeça rotativa aberta. A água do mar (no riser) será substituída por fluido de perfuração (bombeado pela booster). Uma vez que todo o riser tenha sido preenchido por fluido de perfuração, o BOP será aberto e a perfuração reiniciada de forma convencional. O principal objetivo do teste é verificar o desempenho da cabeça rotativa submarina durante a perfuração de uma fase em condições reais. Além do teste acima, deseja-se também testar o desempenho da cabeça rotativa submarina nas fases iniciais, quando não se tem retorno para a superfície. O objetivo é instalar a cabeça rotativa diretamente no alojador de baixa pressão e, perfurando com circulação reversa, recuperar o fluido Cadit. Em uma perfuração convencional, sem retorno para a superfície, o Cadit seria descartado no fundo do mar. Com circulação reversa, o fluido é totalmente recuperado. Entretanto, como não há BOP, a realização deste teste exige a instalação de uma linha de serviço auxiliar para bombear o Cadit pelo anular do poço, conforme mostrado na Figura 5. Tal linha ainda não está disponível. Figura 5 Teste de prova de conceito da submarina e circulação reversa em fases iniciais, sem BOP. Por outro lado, o uso de coluna dupla dispensa a necessidade da linha auxiliar para bombear o fluido de perfuração pelo anular. Instalando-se a cabeça rotativa submarina diretamente no alojador de baixa pressão e usando-se a coluna de cilindros concêntricos, como mostrado na Figura 6, é possível bombear o fluido de perfuração pelo anular dos dois cilindros e retornar pelo cilindro interior, recuperando-se todo o Cadit que normalmente seria descartado. Figura 6 Teste de prova de conceito da submarina e coluna dupla em fases iniciais, sem BOP. A realização do teste sem BOP e com coluna dupla depende da fabricação de um adaptador para a instalação da cabeça rotativa no alojador de baixa pressão. Tal teste deve ser realizado após o primeiro teste (com BOP e circulação reversa), uma vez que este depende apenas da disponibilização de um modelo de cabeça rotativa a ser instalada acima do BOP. CONSIDERAÇÕES FINAIS A perfuração sem riser aliada ao uso de sondas dual activity possibilita a realização de atividades em paralelo mesmo após a instalação

5 do BOP. Essa combinação tem potencial para redução expressiva no tempo de perfuração de poços. O principal equipamento para a viabilização da perfuração sem riser é a cabeça rotativa submarina e já está disponível no mercado, necessitando apenas de modificações e adaptações que permitam sua instalação acima do BOP. A perfuração pode ser feita tanto com circulação reversa (técnica já estada com sucesso pela Petrobras) quanto com coluna de perfuração dupla (técnica que exigiria mudanças nos equipamentos de segurança de poço). Um teste de campo para prova do conceito está planejado e será realizado tão logo a cabeça rotativa submarina seja disponibilizada. Uma vez que o teste seja bem sucedido, os passos seguintes serão o desenvolvimento de tecnologias tais como válvulas flap para revestimentos de vários diâmetros (para funcionar como barreira de segurança), equipamentos direcionais para circulação reversa, etc. Por fim, a perfuração sem riser tem potencial para reduzir significativamente tempos e custos operacionais, o que aumenta a competitividade da Petrobras. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS TORRES, F. A. C., GANDELMAN, R. A., WALDMANN, A. T. A., LEIBSOHN, A. L., Perfuração com Circulação Reversa nos Campos de D. João Mar, ENAHP Encontro Nacional de Hidráulica de Perfu-ração, Teresopolis, Rio de Janeiro, Agosto de 2013.