Estrutura da Indústria do Petróleo e Gás Professora Elaine Ribeiro EMENTA Noções de exploração e produção de petróleo e gás natural Parte 2 UPSTREAM BROCAS DE PERFURAÇÃO 1
BROCAS DE PERFURAÇÃO PERFURAÇÃO UPSTREAM EXPLOTAÇÃO - PERFURAÇÃO 2
EXPLOTAÇÃO - PERFURAÇÃO CASCALHOS Na perfuração de poços de petróleo e gás são gerados fragmentos de rocha, denominados cascalhos, resultantes da desagregação destas. Estes cascalhos são carreados até a superfície por um fluido que circula pelo poço, denominado de fluido de perfuração. Estes cascalhos tornam-se um resíduo pois saem do poço impregnados por esses fluido que contêm aditivos químicos, e em alguns casos são preparados com bases orgânicas. EXPLORAÇÃO - COMPLETAÇÃO APRENDA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS INDÚSTRIA PETROLÍFERA 3
Poço de petróleo Poço é uma perfuração realizada na rocha com o objetivo de extrair o petróleo contido numa acumulação em subsuperfície. O que é perfuração? É a atividade que resulta na confecção de um poço, de modo a alcançar uma reserva de produção. Gás Óleo Histórico da Perfuração Primeiro poço de petróleo Cel. Drake, Pensilvânia em 1859 30 m de profundidade 30 m de profundidade produção de 2 m3/dia Método percussivo 4
Histórico da Perfuração Spindletop, Pensilvania Perfuração rotativa 317 m de profundidade (out/1900 Jan/1901) 80.000 bbl de óleo /dia 2 anos depois = de 400 poços perfurados Histórico da Perfuração Unidade de Perfuração Petróleo no Brasil - Serviço de Fomento a Produção Mineral * 1ª descoberta 22/01/1939 * poço 163, Lobato - Ba * 214 m * Eng. Oscar Cordeiro - Petrobras Lei 2004-03/10/1953 - ANP (Agência Nacional de Petróleo) Lei 9478-06/08/1997 5
Esquema de uma sonda de perfuração PRINCIPAIS COMPONENTES DE UMA SONDA: Sistema de Sustentação de Cargas Sistema de Movimentação de Cargas Sistema de Rt Rotação Sistema de Geração e Transmissão de Energia Sistema de Circulação de Fluidos Sistema de Segurança de Poço Sistema de Monitoramento Sistema de Sustentação de Cargas - Torre de Perfuração Sistema de Sustentação de Cargas Torre ou Mastro de Perfuração - Proporcionar altura para movimentar coluna para dentro ou fora do poço - Espaço para estaleiramento das seções - Espaço para entrada de equipamentos que serão descidos no poço - Conceito de seção (conjunto de tubos facilitar retirada ou descida da coluna de perfuração) - Comprimento usual de um tubo de perfuração = 9,3 m - Seção de 2 tubos ou 3 tubos - Range 2 (ou 2 tubos de 14 m) 6
Sistema de Movimentação de Cargas BLOCO DE COROAMENTO conjunto de polias fixo em geral de 4 a 6, dispostas em linha, num eixo central suportado td por mancais de deslizamento que fica apoiado na parte superior do mastro/torre por onde passam os cabos de aço (cabo de perfuração). Sistema de Movimentação de Cargas CATARINA conjunto de polias móvel justapostas num pino central; pela movimentação dos cabos passados entre esta e o bloco, a catarina se movimenta ao longo da torre. Sistema de Movimentação de Cargas GANCHO elemento de ligação da carga ao sistema de polias (catarina) 7
Sistema de Movimentação de Cargas Sistema de Movimentação de Cargas GUINCHO é o elemento que movimenta o cabo, sendo por isso responsável pela movimentação vertical das SWIVEL elemento que liga as partes girantes às fixas, permitindo livre tubulações no poço. rotação da coluna; por um tubo na sua lateral (gooseneck) permite a injeção de fluido no interior da coluna de perfuração. 1) Tambor Armazena comprimento de cabo necessário para as manobras Transmite o torque requerido para içar e frear a coluna 2) Freio Principal (tipo cinta acionado por fricção - sistema de refrigeração) Auxiliar Hidrodinâmico - água impelida na direção oposta a rotação do tambor Eletromagnético (devido a dois campos magnéticos opostos) Sistema de Movimentação de Cargas Sistema de Rotação Swivel Kelly e Bucha do kelly Mesa Rotativa Top drive (opcional substituição do Kelly, bucha e mesa rotativa) Tubos de perfuração (drill pipes) Tubos pesados HW (heavy weight drill pipes) Comandos de perfuração (drill collars) Brocas 8
KELLY Sistema de Rotação Transmite rotação a coluna de perfuração (ligação com a mesa rotativa através da bucha do Kelly) MESA ROTATIVA Sistema de Rotação BUCHA DO KELLY MASTER BUSHING Kelly, bucha e mesa rotativa Swivel (Cabeça de Injeção) Sistema de Rotação TOP DRIVE Sistema de Rotação É o equipamento que separa os elementos rotativos dos estacionários na sonda de perfuração. A parte superior do swivel não giraesuaparteinferiordevepermitira rotação. Desta maneira o swivel permite a injeção do fluido de perfuração na coluna, em meio à rotação de todo o sistema. PERFURA POR SEÇÃO. MENOR NÚMERO DE CONEXÕES. FACILITA A RETIRADA DA COLUNA COM CIRCULAÇÃO E ROTAÇÃO. 9
Sistema de Rotação (Coluna de Perfuração) Classificação Didática Brocas Elementos Tubulares Uniões Cônicas Acessórios da Coluna Ferramentas de Manuseio Composição Sumária Cabeça de Injeção Kelly Tubos de Perfuração Tubos Pesados (hevi-wate) Comandos Brocas Funções Aplicar peso sobre a broca Transmitir rotação à broca Conduzir o fluido de perfuração Manter o poço calibrado Garantir inclinação e direção Coluna de Perfuração Ferramentas de Manuseio da Coluna de Perfuração Chaves Flutuantes Cunhas Ferramentas de Manuseio da Coluna de Perfuração Permitem o aperto e desaperto das conexões (torque de trabalho nas conexões) Podem ser mecânicas, hidráulicas ou pneumáticas Ancorar a coluna na mesa rotativa, permitindo enroscar/desenroscar São dotadasded d mordentesintercambiáveis i Existem diferentes tipos para comandos e tubos de perfuração 10
Ferramentas de Manuseio da Coluna de Perfuração Chaves Hidráulicas Enroscamento rápido de tubos Eazy Torq (Iron Rough Neck) Permite desenvolvimento de altos valores de torque capaz de executar automaticamente os serviços de plataformistas Coluna de Perfuração Brocas 1) Brocas sem partes móveis Por não possuírem partes móveis e rolamentos, essas brocas oferecem menor possibilidade de falha. Os principais tipos são: integral de lâminas de aço, diamantes naturais e diamantes artificiais. a)broca de lâminas de aço Também conhecidas como brocas de rabo de peixe ou draga, têm por característica perfurar por cisalhamento. Possui orifícios para permitir a passagem do fluido de perfuração, permitindo uma boa limpeza das lâminas. Seu ponto negativo é o baixo período de vida útil. Coluna de Perfuração (Brocas) b)brocas de diamante natural Esse tipo de broca perfura pelo efeito de esmerilhamento. É em geral usada em formações extremamente duras e abrasivas ou em testemunhagem, operação na qual se perfura apenas uma coroa da formação, preservando a parte interna para estudos. Durante a perfuração apenas os diamantes fazem contato com a rocha, ficando um pequeno espaço entre a broca e o espaço anular do poço,por onde circula o fluido de perfuração, limpando o fundo e resfriando os diamantes. Coluna de Perfuração (Brocas) c)brocas de diamante artificial Também são chamadas de brocas PDC (Polycrystalline Diamond Compact) cujaestruturadecorteéformadapor pastilhas ou compactos, montados sobre base cilíndrica, instalado no corpo da broca. Essa pastilha é composta por uma fina camada de partículas de diamantes aglutinados com cobalto, fixada a outra camada composta de carbureto de tungstênio. Seu mecanismo de perfuração é pelocisalhamento cisalhamento, porpromoverumefeito promover efeito decunha cunha. As brocas de diamante foram introduzidas para formações com alta taxa de penetração e maior vida útil. 11
Coluna de Perfuração (Brocas) Sistema de Circulação de Fluídos Composto por equipamentos que permitem a circulação e tratamento do fluido de perfuração. O sistema produtor desse fluido é conectado ao swivel e bombeado através da coluna de perfuração até a broca, retornando pelo espaço anular até a superfície, carreando consigo os cascalhos cortados pela broca. Cascalhos, então na superfície, são tratados adequadamente com o objetivo de promover a separação das partes sólidas dos líquidos e oreaproveitamentodofluidodeperfuração. Processo composto por várias fases: Fase de injeção, fase de retorno e fase de tratamento. Sistema de Circulação de Fluídos Fasedeinjeçãoofluidodeperfuraçãoésuccionadodotanquepelas bombas de lama e injetado na coluna de perfuração. Esse fluido passa através da broca e ocupa o espaço anular entre o poço e a coluna. O objetivo de injetar se esse fluido no espaço entre o poço e a coluna é para proporcionar um equilíbrio interno de pressões e carrear todo o cascalho cortado pela broca. Fasederetornoinicia se nos jatos da broca e termina com a chegada do fluido de perfuração na peneira vibratória, após percorrer o espaço anular entre a coluna de perfuração e a parede do poço. Fasedetratamento, também chamada de condicionamento do fluido de perfuração, ocorre na superfície e consiste na eliminação dos sólidos ou gases que se incorporaram a ele durante a perfuração. Nesta fase também pode se fazer adição de produtos químicos, se necessário, para ajuste das propriedades do fluido de perfuração. PERFURAÇÃO Necessário instrumentos, inclusive uma coluna de perfuração, que contém tubos de comando que dão rigidez à coluna, tubos pesados que são resistentes a perfuração, drill pipes ( tubos de perfuração ) e broca. Utilizados fluidos ou misturas de diversos produtos químicos, gases, para lubrificar a broca para uma perfuração mais célere, também denominado de lama, com o objetivo de limpar o fundo do poço, refrigerar a coluna e exercer uma pressão para estabilizar as paredes do poço. 12
Sistema de Segurança de Poço É constituído dos Equipamentos de Segurança de Cabeça de Poço (ESCP) e de equipamentos complementares que possibilitam o fechamento e controle do poço. 1) Equipamentos de Segurança de Cabeça de Poço (ESCP) Permitema ancoragem e vedação da coluna de revestimento na superfície. Sistema de Segurança de Poço 2) Blowout Preventer (BOP) Permiteofechamentodoespaçoanularepodeser de dois tipos: preventor anular e preventor de gaveta. O anular tem a função de fechar o espaço anular de um poço por meio de pistões que comprimem um elemento de borracha que se ajusta à coluna. Já o de gaveta fecha o espaço anular do poço com pistões hidráulicos que deslocam duas gavetas, uma contra a outra, transversalmente ao eixo do poço. Os preventores são acionados todas as vezes que houver um kick, queéum fluxo indesejável do fluido existente num reservatório, para dentro do poço, durante a fase de perfuração. Se este fluxo não for controlado poderá transformar se em um blowout, ou seja, poço fluindo sem controle, podendo causar sérios danos para os equipamentos e para o meio ambiente, além da possibilidade de acidentes pessoais e perda do reservatório. Sistema de Segurança de Poço Sistema de Segurança de Poço BOP Anular BOP de Gaveta 13
Sistema de Segurança de Poço Sistema de Monitoramento Esse sistema é composto por equipamentos que são utilizados no controle da perfuração, tais como: manômetros, indicador de peso, indicador de torque, tacômetro, medidores de vazão de bombeio etc. Com a evolução do processo de perfuração constatou sese uma maior eficiência quando havia uma perfeita combinação entre os diversos parâmetros da perfuração. Posto isso, surgiu então a necessidade de monitoração e registro desses parâmetros por meio de equipamentos que podemser classificados em: indicadores e registradores. Sistema de Monitoramento Os principais indicadores de uma sonda de perfuração são: o de peso no gancho sobre a broca, o manômetro que indica a pressão de bombeio, o torquímetro para torque na coluna de perfuração eotacômetroparamedira velocidade da mesa rotativa e da bomba de lama. O principal i registrador it é o que mostra a taxa de penetração da broca, pois serve para avaliar as mudanças das formações perfuradas, o desgaste da broca e a adequação dos parâmetros de perfuração. Outro equipamento de fundamental importância é o utilizado para orientação da broca em relação ao seu objetivo, através do qual é possível alcançar o ponto exato previsto para exploração do reservatório. Esse equipamento é de alta tecnologia e permite o direcionamento do processo de perfuração. Sistema de Monitoramento 14
Sistema de Monitoramento Fluidos de Perfuração O objetivo desse produto é garantir uma perfuração rápida e segura. Esse fluido é formado por misturas complexas de sólidos, líquidos, produtos químicos e gases. Podem ter diferentes aspectos, dependendo do estado físico dos componentes da mistura. Características desejáveis do fluido de perfuração -Ser quimicamente estável -Estabilizar as paredes do poço, mecânica e quimicamente. -Facilitar a separação dos cascalhos na superfície Fluidos de Perfuração -Manter os sólidos em suspensão quando estiver em repouso -Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras -Aceitar qualquer tratamento, físico e químico. -Ser bombeável -Apresentar baixo grau de corrosão e de abrasão em relação à coluna de perfuração e demais equipamentos do sistema de circulação -Facilitar as interpretações geológicas do material retirado do poço -Apresentar custo compatível com a operação Fluidos de Perfuração Funções básicas do fluido de perfuração -Limpar o fundo do poço dos cascalhos gerados pela broca e transportá-los até a superfície -Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de forma a evitar o influxo de fluidos indesejáveis (kick) e estabilizar as paredes do poço. -Resfriar e lubrificar a coluna de perfuração e a broca 15
Fluidos de Perfuração Broca recém retirada do poço ainda sob efeito do fluido de perfuração Fluidos de Perfuração Propriedades do fluido de perfuração > Densidade Trata-sedeumapropriedade física que pode ser controlada por meio de adição de baritina (tornar mais denso), ou água ou óleo (tornar menos denso). A definição da densidade é um elemento de projeto e depende dos objetivos a serem alcançados. Fluidos de Perfuração > Força Gel Também é uma propriedade física, associada a fluidos tixotrópicos, ou seja, fluidos que adquirem um estado semirígido quando estão em repouso e voltam a adquirir um estado de fluidez quando são colocados novamente em movimento. O grau de tixotropia de um determinado fluido é a diferença entre a força gel final (resistência do fluido para reiniciar o fluxo, após certo temo em repouso) e a força gel inicial (resistência inicial do fluido para iniciar o fluxo). Fluidos de Perfuração > Concentração hidrogênica (ph) Trata se de uma propriedade química. O objetivo principal do controle do ph é para manter o fluido no intervalo alcalino baixo (ph de 7 a 10) a fim de reduzir a taxa de corrosão dos equipamentos. > Teor de salinidade Também é uma propriedade química etem como objetivos principais identificar o teor salino da água de preparação do fluido, identificar influxos de água salgada, além de identificar eventual perfuração de uma rocha ou domo salino. 16
Fluidos de Perfuração Classificação do fluido de perfuração Essa classificação é feita em função da sua composição, baseando-se no constituinte principal do fluido. Neste critério os fluidos são classificados em: > Fluidos à base de água Neste caso a água é o principal componente do fluido, podendo ser doce ou salgada. Sua principal função é prover o meio de dispersão dos produtos aplicados na mistura para confecção do fluido de perfuração. Fluidos de Perfuração > Fluidos à base de óleo Considera-se um fluido à base de óleo quando o dispersante é constituído por um óleo, sendo geralmente um hidrocarboneto líquido. São usados em menor escala que os fluidos à base de água devido ao seu grau de poluição e elevado custo. A decisão de aplicá-lo fica restringida à análise de viabilidade econômica. > Fluidos à base de ar Esse termo é utilizado quando o ar (ou gás) é aplicado (no todo ou em parte) como fluido circulante na fase rotativa. Recomenda-se sua aplicação em situações onde existem zonas de perda severa devido à baixa pressão das paredes da formação. Usa-se esse tipo de fluido de perfuração quando existe escassez de água ou óleo. COMPLETAÇÃO DO POÇO COMPLETAÇÃO DO POÇO Concluída a perfuração de um poço, é necessário deixálo em condições de operar, de forma segura e econômica, durante toda a sua vida produtiva. COMPLETAÇÃO - conjunto de operações destinadas a equipar o poço para produzir óleo, gás ou mesmo injetar fluidos nos reservatórios. 17
MÉTODOS DE COMPLETAÇÃO 1) Quanto ao revestimento (a) A poço aberto (b) Liner rasgado (c) Casing canhoneado CANHONEADO 2) Quanto a zona exploratórias (a) Simples (b) Seletiva (c) Multipla ETAPAS DE UMA COMPLETAÇÃO Etapa consiste em equipar o poço de componentes que permitem o mesmo entrar em produção. Completação de um poço de óleo, surgente, usando-se se uma completação simples a poço revestido, é feita na seqüência abaixo, considerando a inexistência de problemas operacionais: a) Instalação de Equipamentos de superfície (cabeça de produção, BOP, etc ); ETAPAS DE UMA COMPLETAÇÃO b) Condicionamento do revestimento de produção; c) Substituição do fluido do poço ( lama ) por fluido de completação, isento de sólidos; d) Avaliação da qualidade da cimentação com perfis CBL/VDL/CEL/CCL/GR; e) Canhoneio da Zona de interesse; f) Avaliação da zona produtora (TFR/TP) g) Descida da cauda de produção com coluna de trabalho; ETAPAS DE UMA COMPLETAÇÃO h) Descida da coluna de produção até o suspensor de coluna (MGL / DHSV / TH) i) Instalação da Arvore de Natal Convencional, ou Molhada; j) Indução de surgência. Injeção de Gás Lift pelo anular, Injeção de N2 por dentro da coluna de produção (FLEXITUBO), BCS (Bombeio Centrífugo Submerso) 18
COMPLETAÇÃO CANHONEIO CANHONEIO Canhoneio ÁRVORE DE NATAL É uma operação fundamental na completação de poços petrolíferos, tem como objetivo comunicar o reservatório ao poço através de cargas explosivas. 19
UPSTREAM RISERS RISERS EXPLOTAÇÃO PRODUÇÃO Tubos que fazem a ligação entre os poços de petróleo, no solo marinho, e as plataformas ou navios, na superfície. Estruturas ficam continuamente sujeitas às ações dinâmicas i de ondas, correntes marítimas e movimento da plataforma, podendo ter o seu comportamento influenciado pelo grande número de solicitações a que são submetidos. 20
EXPLOTAÇÃO EXPLOTAÇÃO ONSHORE 21