AVALIAÇÃO INTEGRADA DA ESTABILIDADE DO REVESTIMENTO CONDUTOR DE POÇOS DE PETRÓLEO Caio Yuri da Silva Medeiro João Paulo Lima Santo caioyuri_2211@hotmail.cm jpl@lccv.ufal.br Univeridade Federal de Alagoa, Laboratório de Computação Científica e Viualização Campu A.C.Simõe, LCCV, 5772-9, Maceió, Alagoa, Brail Reumo. O revetimento condutor é o primeiro a er intalado durante o proceo de contrução de poço de petróleo, revetindo dea forma a porçõe mai uperficiai do olo. No entanto, o revetimento condutor deve uportar o eforço advindo na fae de intalação e erviço decorrente do proceo de perfuração e completação do poço. O preente trabalho objetiva avaliar o comportamento do revetimento condutor e a ua interação com o olo, de forma a obter o parâmetro de projeto que permitem a ele uportar toda a olicitaçõe. A carga avaliada ão conequente do peo próprio do revetimento, do equipamento intalado na cabeça do poço e revetimento ubequente, além da açõe dinâmica ocorrida durante a fae de perfuração devido à interação com o rier de perfuração. Para io foi deenvolvido um ambiente computacional que leva em conta o tipo de olo (areia ou argila) e a caracterítica do revetimento condutor. A partir dete dado e utilizando de formulaçõe de norma uado em campo que permitem dimenionar o revetimento, determinando-e aim ua capacidade axial última, além do parâmetro de projeto neceário para uportar toda a carga a qual ele erá ubmetido. Palavra-chave: Revetimento condutor, Capacidade última, Poço de petróleo
Avaliação da etabilidade do revetimento condutor 1 INTRODUÇÃO O revetimento condutor é o primeiro a er intalado durante o proceo de perfuração de um poço e é a bae na qual erão afixado todo o revetimento eguinte além do equipamento da cabeça do poço. Por io a interação entre o revetimento e o olo no qual foi intalado é um apecto crítico no projeto de um poço, uma vez que o colapo do olo pode comprometer capacidade etrutural de todo o poço. A análie em quetão é feita em um ambiente computacional deenvolvido a partir de doi método diferente baeado na norma API RP 2A-WSD (214). Ambo o método levam em conta o tipo de olo viando ua caracterítica própria, a forma como foi intalado o revetimento, que pode er pelo proceo de jateamento, perfuração com broca e cimentação ou por bae torpedo, também levando em conideração a caracterítica geométrica do poço e do revetimento. 2 METODOLOGIA O procedimento de cálculo de reitência mecânica da coluna de revetimento de poço de petróleo tradicionalmente ão efetuado por meio da norma API5C3 (Bulletin on Formula and Calculation for Caing, Tubing, Drill Pipe, and Line Pipe Propertie, API, 1999). Entretanto, um importante limitador para o revetimento condutor é avaliar a capacidade do olo em uportar a carga axiai ao qual o memo etá ubmetido. Para avaliação da capacidade axial do revetimento condutor foram implementado dua formulaçõe baeada na norma API RP 2A-WSD. O doi método determinam a capacidade axial ultima do revetimento condutor para o tipo de olo mai comun no leito marinho: areia e argila, decrito reumidamente a eguir: 2.1 Método 1 De acordo com ete método, para dimenionar o revetimento condutor deve-e dipor de certo dado como: a caracterítica do olo, reitência não drenada ao logo da profundidade, o peo epecífico ubmero, caracterítica da unidade de perfuração, configuração do rier de perfuração e caracterítica do BOP (blowout preventer), entre outro parâmetro. Uma vez pouída eta informaçõe é poível obter a capacidade do revetimento para cada tipo de olo no qual ele erá intalado de acordo com o tipo de olo: Argila: Para o olo argiloo a capacidade axial do revetimento (Q ) pode er calculada pela equaçõe Eq. (1) e Eq. (2): Q = D f L f dx 3.9 1. 1prof. (2) (1) (3)
C. Medeiro, J.P.L. Santo, Onde, D é o diâmetro externo do revetimento ou o diâmetro da broca no cao de poço perfurado e cimentado, S u é a reitência ao cialhamento não drenada da argila dada pela Eq. (3), é um coeficiente adimenional (tabela 1) e L é o comprimento do revetimento. Tabela 1. Cálculo do Parâmetro α pelo valore de Su Valore de Su 23. 95 KPa 23.95KPa Su 71, 85KPa 71. 85KPa Cálculo para o α 1 u 1.25.1S.5 S K Areia: O calculo da reitência axial máxima para areia ( S ) é dada pela Eq. (4): v A tan( ). (4) Onde, v é a tenão efetiva na metade do comprimento do revetimento, K é o coeficiente de preão lateral do olo (pode-e uar.7), é o ângulo de atrito interno da areia e A é a área lateral do revetimento condutor (área de um cilindro). 2.2 Método 2 Ete método faz uma modelagem numérica do itema de cabeça de poço, onde é adotado o modelo de Winkler modificado (Gerolymo et al., 1996), que decreve a reaçõe do olo como mola não lineare. Partindo dea modelagem e uando a formulaçõe da norma API RP 2A-WSD (214) é feita uma análie da capacidade axial do olo para cada tipo. Argila: O calculo da reitência axial para a argila è obtido atravé da Eq.(5): Q S A u. (5) Onde temo Su como a reitência não drenada da argila Eq. (3), uperficial do revetimento e como um parâmetro adimenional. A como a área Areia: Para a argila o calculo é da capacidade axial ( S ) é imilar ao da argila, o que diferencia ão o valore para o parâmetro adimenional e a tenão efetiva ( P ef ) como podemo ver na Eq. (6): S P ef A 3 RESULTADOS. (6) Para avaliação da etratégia apreentada foram avaliado doi cenário para análie da capacidade de carga a er uportado pelo revetimento condutor em olo argiloo (tabela 2) e olo arenoo (tabela 3). O cálculo foram feito para a diferente profundidade até o comprimento máximo do revetimento.
Avaliação da etabilidade do revetimento condutor Tabela 2. Parâmetro para imulação de olo argiloo Parâmetro Diâmetro (D) Comprimento (L) Peo epecífico da argila ( ) c Valor (Si).762 m 3 m 13.5 N/m³ Com o parâmetro da tabela 2, por meio do programa computacional deenvolvido é poível avaliar a capacidade de do revetimento condutor ao longo de eu comprimento axial (profundidade de aentamento), conforme apreentado na Fig. 1. 1 Comparação do método (Solo argiloo) Método 1 Método 2 Profundidade (m) 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Capacidade axial última (N) Figura 1. Gráfico comparativo da profundidade x capacidade axial para olo argiloo A figura 1 motra concordância entre o método de análie de capacidade de carga para olo argiloo. A decontinuidade obervada pelo método 1 e deve ao valor do que, não é contínuo com a profundidade, já no método 2 o cálculo de não prevê uma mudança tão bruca. Nee cao, oberva-e que o olo é capaz de uportar uma carga equivalente proveniente do elemento de cabeça de poço (BOP) e do peo próprio do revetimento condutor de até 86N. A partir do dado da tabela 3 uando a implementaçõe para olo arenoo, foi analiada a capacidade de carga para o revetimento condutor ao longo da profundidade, conforme pode er obervado na Fig. 2. Tabela 3. Parâmetro para imulação de olo arenoo Parâmetro Diâmetro (D) Comprimento (L) Peo epecífico da areia ( ) Ângulo de atrito interno do olo ( ) Valor (Si).762 m 3 m.56 19.61 N/m³ 4º Pode-e notar que, diferentemente do modelo para análie de olo argiloo, o comportamento do método não motrou reultado atifatoriamente próximo e nem uma tendência de crecimento parecida para areia. Io pode ter ocorrido devido a definição de
C. Medeiro, J.P.L. Santo, algun parâmetro do modelo, uma vez que não foram encontrada fonte que forneceem todo o dado correpondente à mema areia, endo neceário efetuar uma correlação entre o eguinte parâmetro em fonte diferente:,, e. Em ambo o cao, conclui-e que a capacidade de carga do olo é um limitante importante para o projeto de revetimento do poço, uma vez que ee valore no cao em análie ão, por exemplo, inferiore a 1% da capacidade de carga axial uportada por um tubo de revetimento clae H4. Profundidade aentada do revetimento condutor (m) 5 1 15 2 25 Comparação do método (Solo arenoo) Método 1 Método 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Capacidade axial última (N) Figura 2. Gráfico comparativo da profundidade x capacidade axial para olo arenoo 4 CONCLUSÃO O reultado motram que a capacidade de carga do olo para aentamento do revetimento condutor é um limitante importante na análie integrada da etabilidade do poço. A etratégia numérica implementada permitem avaliar ee importante fator limitante, podendo ervir de auxílio no projeto de revetimento de poço de petróleo. REFERÊNCIAS American Petroleum Intitute, 1999. Bulletin on Formula and Calculation for Caing, Tubing Drill Pipe, and Line Pipe Propertie 5C3. Wahington. American Petroleum Intitute, 214. API RP 2A-WSD - Recommended Practice for Planning, Deigning and Contructing Fixed. Wahington. Gerolymo,N & Gazeta, G., 1996. Development of Winkler model for tatic and dynamic repone of caion foundation with oil and interface nonlinearitie. Soil Dynamic and Earthquake Engineering, vol 26, pp. 363 376.