Estrutura da Indústria do Petróleo e Gás UPSTREAM BROCAS DE ...

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
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BROCAS DE PERFURAÇÃO
PERFURAÇÃO
UPSTREAM EXPLOTAÇÃO - PERFURAÇÃO
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EXPLOTAÇÃO - PERFURAÇÃO
EXPLORAÇÃO - COMPLETAÇÃO
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.
APRENDA
EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E
GÁS
INDÚSTRIA PETROLÍFERA
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Poço de petróleo
Poço é uma perfuração realizada na rocha com o objetivo de
extrair o petróleo contido numa acumulação em subsuperfície.
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
O que é perfuração?
É a atividade que resulta na confecção de um poço, de
modo a alcançar uma reserva de produção.
Gás
Óleo
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• Perfuração rotativa
– 317 m de profundidade
(out/1900 – Jan/1901)
– 80.000 bbl de óleo /dia
Histórico da Perfuração
Histórico da Perfuração
Unidade de Perfuração
Spindletop, Pensilvania
2 anos depois = de 400 poços perfurados
Petróleo no Brasil
- Serviço de Fomento a Produção Mineral
* 1ª descoberta 22/01/1939
* poço 163 163, Lobato - Ba
* 214 m
* Eng. Oscar Cordeiro
- Petrobras – Lei 2004 - 03/10/1953
- ANP (Agência Nacional de Petróleo) – Lei 9478 - 06/08/1997
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Esquema de uma sonda de perfuração
PRINCIPAIS COMPONENTES DE UMA SONDA:
• Sistema de Sustentação de Cargas
• Sistema de Movimentação de Cargas
• Si Sistema t dde Rt Rotação ã
• 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)
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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 i dde ddeslizamento li t que fi 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)
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•
Sistema de Movimentação de Cargas
SWIVEL – elemento que liga as partes girantes às fixas, permitindo livre
rotação da coluna; por um tubo na sua lateral (gooseneck) permite a
injeção de fluido no interior da coluna de perfuração.
Sistema de Movimentação de Cargas
• GUINCHO – é o elemento que movimenta o cabo , sendo por
isso responsável pela movimentação vertical das
tubulações no poço.
1) Tambor
–Armazena comprimento p de cabo necessário para p 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 Kelly, bucha e mesa rotativa)
• Tubos de perfuração (drill pipes)
• Tubos pesados HW (heavy weight drill
pipes)
• Comandos de perfuração (drill collars)
• Brocas
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Sistema de Rotação
KELLY Transmite rotação a coluna de perfuração
(ligação com a mesa rotativa através da
bucha do Kelly)
Swivel (Cabeça de Injeção)
Sistema de Rotação
BUCHA DO
KELLY
É o equipamento que separa os elementos
rotativos dos estacionários na sonda de
perfuração 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.
MESA ROTATIVA
MASTER BUSHING
TOP DRIVE
Sistema de Rotação
Kelly, bucha e mesa rotativa
Sistema de Rotação
‐ PERFURA POR SEÇÃO.
‐ MENOR NÚMERO DE
CONEXÕES CONEXÕES.
‐ FACILITA A RETIRADA DA
COLUNA COM CIRCULAÇÃO E
ROTAÇÃO.
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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
Ferramentas de Manuseio da Coluna de
Perfuração
Chaves Flutuantes
– Permitem o aperto e desaperto das conexões
(torque de trabalho nas conexões)
– Podem ser mecânicas, hidráulicas ou
pneumáticas
Cunhas
Coluna de Perfuração
Ferramentas de Manuseio da Coluna de
Perfuração
– Ancorar a coluna na mesa rotativa, permitindo enroscar/desenroscar
– Sã São ddotadas d ddemordentes d iintercambiáveis biá i
– Existem diferentes tipos para comandos e tubos de perfuração
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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)
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,
fi ficando d um pequeno espaço entre t a bbroca e o espaço anular l ddo
poço,por
onde circula o fluido de perfuração, limpando o fundo e resfriando os
diamantes.
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)
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
pelo cisalhamento cisalhamento, por promover um efeito de cunha cunha.
• As brocas de diamante foram introduzidas para formações com alta taxa
de penetração e maior vida útil.
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Coluna de Perfuração (Brocas)
• 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.
Sistema de Circulação de Fluídos
• 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.
Sistema de Circulação de Fluídos
• Composto por equipamentos que
tratamento do fluido de perfuração.
permitem a circulação e
• O sistema produtor desse fluido é conectado ao swivel e bombeado
através da coluna de perfuração até a broca, retornando pelo
espaço anular l até té a superfície, fí i carreando d consigo i os cascalhos lh
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.
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 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.
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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
BOP Anular
BOP de Gaveta
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 ç anular do poço ç 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
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Sistema de Segurança de Poço
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 i l registrador it d é o que mostra t a ttaxa dde penetração t ã dda bbroca, pois i
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
• 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 constatou‐se se 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
podem ser classificados em: indicadores e registradores.
Sistema de Monitoramento
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Sistema de Monitoramento Fluidos de Perfuração
Fluidos de Perfuração
-Manter os sólidos em suspensão quando estiver em
repouso
-Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras
-Aceitar 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
• 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 gases. Podem ter diferentes aspectos 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
• 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 á sobre as fformações,
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
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Fluidos de Perfuração
Broca recém retirada do
poço ainda sob efeito do
fluido de perfuração
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
• 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
> 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.
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Fluidos de Perfuração
• Classificação do fluido de perfuração
Essa classificação é feita em função da sua
composição, baseando-se no constituinte principal do
fluido 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.
COMPLETAÇÃO DO POÇO
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 q os fluidos à base de água g devido ao seu grau g 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
• Concluída a perfuração de um poço, é necessário deixálo
em condições de operar, de forma segura e
econômica, ô i ddurante t ttoda d a sua vida id produtiva. d ti
• COMPLETAÇÃO - conjunto de operações destinadas a
equipar o poço para produzir óleo, gás ou mesmo injetar
fluidos nos reservatórios.
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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
b) Condicionamento do revestimento de produção;
c) Substituição do fluido do poço ( lama ) por fluido de
completação 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
• Etapa consiste em equipar o poço de componentes que
permitem o mesmo entrar em produção.
• Completação de um poço de óleo óleo, surgente surgente, usando 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
h) Descida da coluna de produção até o suspensor de
coluna (MGL / DHSV / TH)
i) Instalação da Arvore de Natal Convencional 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)
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COMPLETAÇÃO CANHONEIO
Canhoneio
• É uma operação fundamental na completação de poços
petrolíferos, tem como objetivo comunicar o reservatório
ao poço através é dde cargas explosivas. l i
CANHONEIO
ÁRVORE DE NATAL
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UPSTREAM RISERS
RISERS
• Tubos que fazem a ligação entre os poços de petróleo, no solo
marinho, e as plataformas ou navios, na superfície.
• Estruturas E fi ficam continuamente i sujeitas ji ààs ações dinâmicas di â i de d
ondas, correntes marítimas e movimento da plataforma, podendo
ter o seu comportamento influenciado pelo grande número de
solicitações a que são submetidos.
EXPLOTAÇÃO –PRODUÇÃO
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EXPLOTAÇÃO EXPLOTAÇÃO ‐ ONSHORE
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