PERFURAÇÃO de POÇOS DIRECIONAIS eHORIZONTAISProfessor: Rafael CastroMsc. Engenharia de Petróleo (UNICAMP)Engº de Petróleo (Petrobras)
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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
1.1 – Aplicações de Poços Direcionais
1.2 – Fatores que influenciam a trajetória
1.3 – Definições Básicas
1.4 - Classificação e Tipos
1.5 – Sistemas de Referências
Definição
Perfuração direcional é aquela
em que as coordenadas
geográficas do alvosão diferentes das
coordenadas da Cabeça do Poço
VERTICAL OU DIRECIONAL?
VISÃO EM PLANTA
VERTICAL OU DIRECIONAL?
DIRECIONAL
• 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)
Perfuração Direcional: Aplicações
Áreas de difícil acesso
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
Aproveita-se a cabeça e parte de outro poço para realizar um desvio buscando o reservatório
Perfuração Direcional: Aplicações
Template submarino
Perfuração Direcional: Aplicações
Aumento da área de drenagem do reservatório e produção de zonas fraturadas
Perfuração Direcional: Aplicações
• Desvio de formações indesejadas na subsuperfície, como Domos salinos
Perfuração Direcional: Aplicações
POÇOS DE ALÍVIO
Arrasamento de poço vizinho em blow out
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
Perfuração Direcional: Aplicações
SidetrackÉ 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)
Geological Correlation
Gas
Identificationof Formation andFluid Interfaces
Water
Oil
Optimized Placementof Completion
Poço Piloto para Otimizar a Aterrisagem e Navegação do Poço Partilhado
1.2 - 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.
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
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! $
1.3 - 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
• 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 seráatingido
Objetivo e Alvo
• 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
Raio de Tolerância
Projeção Horizontal
• Plano Horizontal com os eixos NORTE/SUL e LESTE/OESTE
• Visualiza a direção e o afastamento do alvo em relação àcabeça do poço
• Não permite conhecimento da Inclinação do poço
Projeção Vertical
• Plano Vertical com os eixos Profundidade Vertical e Afastamento Horizontal
• Visualiza a inclinaçãodo poço – ideal o realizado estar acima da linha do projeto
• Conhecimento da direção do poço caso o Azimute seja indicado
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): Éa seção onde a inclinação émantida 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
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 1α2 = inclinação do poço na estação 2M1 = profundidade medida do poço na estação 1M2 = 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
Toolface Angle(TFA)
+90 deg
+45
0
180
+135-135
-45
The angle of the bend from vertical with respect to gravity, also calledGravity Tool Face Angle.
1.4 - Classificação e Tipos
• Classificação dos poços direcionais quanto ao:
– Raio de Curvatura (RC)
– Afastamento
– Índice de Severidade
– Trajetória Direcional (design)
Raio de Curvatura Raio de Curvatura
CLASSIFICAÇÃO BUR( 0/30 metros) RAIO (m)
Raio Longo 2 - 8 859 a 215
Raio Médio 8 - 30 215 a 57
Raio Intermediário 30 – 60 57 a 29
Raio Curto 60 - 200 29 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 (CoiledTubing)
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
X/Y > 2
Classificação quanto ao AFASTAMENTO
Classificação quanto ao AFASTAMENTO TIPOS DE TRAJETÓRIAS
• Trajetória direcional simples (+ comum)
• Trecho Vertical �KOP � BUILD UP �Trecho Tangente ou Slant
• Subtipo: BuildUpContínuo (não possui o trecho Slant)
TIPO I: Poço SLANT
Onde:
Vk = profundidade vertical do KOPV1 = profundidade vertical do EOBVa = profundidade vertical do objetivoD1 = afastamento do EOBDa = afastamento do objetivoθ = angulo maximo do trecho reto
Planejamento da Trajetória Tipo I
• 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 éprofundo e próximo àcabeça do poço
• KOP profundo:
– Trecho vertical mais longo: economia
– Rochas duras
– Maiores riscos de colisão (Templates, p.e.)
TIPO III: Build Up Contínuo
• 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
Trajetória Horizontal
Planejamento com uma Seção de Build UP Planejamento com duas Seções de Build UP
Trajetória Horizontal
Poços 3D – Designer Well Projeto 2D Convencional
Projeto 3D com NUDGE
nudgednudgednudgednudged
Projeto 3D com NUDGE
Projeto atualizado com Survey Projeto Vs Real (Surveys)
Projeto em Template Poços em Template
Projeto Anticolisão –Distância Centro a Centro
Projeto Anticolisão –Fator de Separação Vs Prof. (m)
• 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 àcabeça do poço
• Inclinação > 900 � Aterrissagem horizontal incorreta no reservatório forçando a coluna a “subir” para navegar corretamente
• Poços em “U” � Lançamento de linhas e dutos
Outros Tipos de Trajetórias
Trajetória com Cross River
• Facilidade de Orientação
• Menores Durezas
• Projeto com Baixa Inclinação
• Correções de Trajetórias (coefic. de segurança)
• Formações moles/inconsolidadas � Dificuldade de fazer o KOP
• Problemas mecânicos
• Custo Maior
• Menores Taxas de perfuração global
KOP raso – Próximo à superfície
• Prisão por chaveta:
– DogLeg alto e concentrado
– Formação dura �Baixa taxa de penetração
– Na puxada da coluna, os Comandos topam na chaveta
Aspectos importantes para o Planejamento direcional
BROCAS: