Nota: Material Baseado em Exposição do Prof. José Romualdo Dantas Vidal, Pesquisador Visitante ANP/EQ/UFRN - PRH-ANP 14/99 UMA VISÃO DAS ATIVIDADES DE.

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1 Nota: Material Baseado em Exposição do Prof. José Romualdo Dantas Vidal, Pesquisador Visitante ANP/EQ/UFRN - PRH-ANP 14/99 UMA VISÃO DAS ATIVIDADES DE EXPLORAÇÃO E PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO PROF. ALEXANDRE PEREIRA, D.Sc.

2 PRINCIPAIS ETAPAS DA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO EXPLORAÇÃO PERFURAÇÃO DESENVOLVIMENTO PRODUÇÃO TRANSPORTE REFINO DO PETRÓLEO E PROCESSAMENTO DO GÁS PETROQUÍMICA

3 DEFINIÇÃO: Conjunto de operações ou atividades destinadas a avaliar áreas objetivando a descoberta e a identificação de jazidas. DEFINIÇÃO: Conjunto de operações ou atividades destinadas a avaliar áreas objetivando a descoberta e a identificação de jazidas. EXPLORAÇÃO DO PETRÓLEO

4 BACIAS SEDIMENTARES BRASILEIRAS Área total das bacias sedimentares brasileiras: 6,1 milhões km 2 EXPLORAÇÃO DO PETRÓLEO

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6 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO Tipos de Rochas : Rochas Ígneas Rochas Metamórficas Rochas Sedimentares

7 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO As rochas sedimentares. Processo de formação. 1 - Processo de transporte e de deposição

8 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO 2 – Compactação dos sedimentos e influência da movimentação costeira O mar avança sobre o continente e as camadas de rochas sedimentares submergem As rochas sedimentares emergem do fundo do mar

9 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO Elementos de sub-superfície que têm influência na ocorrência do petróleo; os movimentos tectônicos; as discordâncias e intrusões. AS FALHAS: Falha normal

10 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO Falha Inversa

11 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO Falha de deslocamento horizontal

12 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO AS DOBRAS Dobra do tipo anticlinal

13 Dobra do tipo sinclinal ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO

14 Dobra de arrasto ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO

15 AS DISCORDÂNCIAS Discordância Angular

16 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO Discordância Erosiva

17 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO INCONFORMIDADE

18 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO DISCORDÂNCIA PARALELA

19 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO Domos salinos Intrusões vulcânicas INTRUSÕES

20 ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO ARMADILHAS Armadilha são estruturas geológicas e/ou alterações na estratigrafia das rochas sedimentares,capazes de interromper o fluxo de petróleo no interior da rocha reservatório.

21 CLASSIFICAÇÃO DAS ARMADILHAS Armadilhas Estruturais Armadilhas Estratigráficas Armadilhas Combinadas ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO

22 ARMADILHA ESTRUTURAL ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO

23 ARMADILHA ESTRATIGRÁFICAS ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO

24 ARMADILHA COMBINADAS ELEMENTOS BÁSICOS DA GEOLOGIA DO PETRÓLEO

25 A ORIGEM DO PETRÓLEO A TEORIA DA ORIGEM ORGÂNICA DO PETRÓLEO. A teoria orgânica do petróleo é a mais aceita dentre outras explicações para a sua formação; segundo essa teoria, supõe-se que os rios que carrearam os sedimentos que resultaram na formação das rochas sedimentares, também transportaram grandes massas de plantas e animais microscópicos que após se juntarem com grandes volumes de plânctons, pequenas plantas e outros seres microscópicos existentes nos mares, assentaram no leito marinho, sendo posteriormente cobertos pela lama e partículas sólidas decantadas. Nessas condições e com o passar de milhões de anos, sob a ação da pressão das camadas que continuaram a se depositar, da temperatura e ação bacteriana, a matéria orgânica aprisionada transformou-se em compostos de hidrocarbonetos

26 A ORIGEM DO PETRÓLEO PROCESSOS DE DEPOSIÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA

27 FATORES ESSENCIAIS PARA A OCORRÊNCIA DE UMA ACUMULAÇÃO DE PETRÓLEO NUMA BACIA SEDIMENTAR Rocha matriz; Geração de hidrocarbonetos; Migração primária; Armadilhas; Rocha reservatório; Rocha capeadora; Migração secundária na rocha

28 MÉTODOS DE PESQUISA Indicações Diretas Métodos Geofísicos Métodos Geológicos Métodos de Pesquisa: Métodos Sísmicos Reflexão Métodos Geoquímicos Métodos Gravimétricos E Magnéticos Refração

29 Neste método, observa-se o comportamento das ondas sísmicas, após penetrarem na crosta, serem refletidas em contatos de duas camadas de diferentes propriedades físicas, digo, elásticas, e retornarem à superfície, sendo, então detectadas por sensores (geofones ou hidrofones). É o principal método usado na prospecção do petróleo e gás por fornecerem detalhes da estrutura da crosta, bem como de propriedades físicas das camadas que compõem. MÉTODO SíSMICO DE REFLEXÃO

30 Cálculo da profundidade em que se encontram as camadas, lembrando que a onda sísmica descreve um triângulo isóscele na sua trajetória MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO

31 Esquema típico de uma operação sísmica de reflexão. A principal variável do processo e o tempo de trânsito da onda sonora a partir do momento do disparo até a captação. MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO

32 Sísmica de reflexão no mar; as ondas sonoras são produzidas por canhões de ar comprimido. MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO

33 Vibroseis. Processo sísmico de reflexão utilizando um dispositivo mecânico montado sobre caminhões para produzir as ondas sonoras. MÉTODO SÍSMICO DE REFLEXÃO

34 Seção sísmica da Bacia do Acre MÉTODO SISMICO DE REFLEXÃO

35 MAPEAMENTO DAS ESTRUTURAS DE SUB-SUPERFÍCIE É o objetivo maior dos estudos realizados na bacia sedimentar objetivando Fazer uma fotografia das camadas localizadas nas sub-superfícies da Área em estudo

36 Seção geológica da Bacia Potiguar de Ubarana. MAPEAMENTO DAS ESTRUTURAS DE SUB-SUPERFÍCIE

37 Seção geológica dos campos de Carapeba e Pargo, Bacia de Campos MAPEAMENTO DAS ESTRUTURAS DE SUB-SUPERFÍCIE

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39 PERFURAÇÃO DE POÇOS Perfuração do Poço Pioneiro É o primeiro poço perfurado numa área em estudo. Somente o poço pioneiro confirmará a existência de óleo ou gás nessa área. Extremamente cara, a perfuração de um poço pioneiro se faz com muita prudência e cautela, considerando que não se dispõe de informações sobre as características das formações atravessadas nem dos fluidos existentes no seu interior.

40 DEFINIÇÃO: CONJUNTO DE ATIVIDADES E OPERAÇÕES DESTINADAS A PROJETAR, PROGRAMAR E REALIZAR A ABERTURA DE POÇOS. PERFURAÇÃO DE POÇOS

41 PRINCIPAIS ELEMENTOS DA PERFURAÇÃO DE POÇOS 1 - AS SONDAS: PERFURAÇÃO DE POÇOS - SONDAS ROTATIVAS - SONDAS A CABO - Sistema de Movimentação de Carga - Sistema de Segurança TEXTO 1 - Sistema de Rotação TEXTO 2 - Sistema de Circulação TEXTO 3 TEXTO 4

42 PERFURAÇÃO DE POÇOS CLASSIFICAÇÃO DAS SONDAS DE PERFURAÇÃO TIPO DE SONDALIMITE DE PROFUNDIDADE PERFURADA (m) SONDAS LEVES1500 a 2000 SONDAS MÉDIASaté 3500 SONDAS PESADASaté 6000 SONDAS SUPER PESADAS8000 a 10.000

43 TRICONES C/ DENTES DE AÇO DIAMANTADAS BROCAS DE COMPACOS DE DIAMANTE SINTÉTICO (PDC) PLATAFORMAS SEMI SUBMERSÍVEIS FIGURA 3 PLATAFORMAS AUTOS-ELEVATÓRIAS FIGURA 2 NAVIOS DE PERFURAÇÃO FIGURA 4 UNIDADES DE PERFURAÇÃO MARITIMAS PERFURAÇÃO DE POÇOS 2 – BROCAS DE PERFURAÇÃO: TEXTO 1 FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 SONDAS DE PERFURAÇÃO TERRESTRE FIGURA 1 PLATAFORMA FIXA FIGURA 5 PLATAFORMA FIXA APOIADA POR TENDER FIGURA 6 BARCAÇA DE PERFURAÇÃO FIGURA 7

44 PERFURAÇÃO DE POÇOS 3 – COLUNA DE PERFURAÇÃO: A coluna de perfuração é responsável pela transmissão da rotação e do peso necessários para que a broca realize o trabalho de destruição das rochas. FUNÇÕES DA COLUNA DE PERFURAÇÃO 1 – Transmitir a energia necessária para o funcionamento da broca (peso e rotação) 2 – Guiar e controlar a broca na sua trajetória no sub-solo 3 – Permitir a circulação do fluido de perfuração com o mínimo de perda de carga. COMPONENTES DA COLUNA DE PERFURAÇÃO 1 – Comandos 2 – Tubos de perfuração pesados (heavy weight drill pipe) 3 – Tubos de perfuração 4 – Equipamentos auxiliares: - Estabilizadores - Amortecedores de choque - Substitutos TEXTO 1 TEXTO 2 TEXTO 3 FIGURA

45 1 - TUBOS DE REVESTIMENTOS 2 – CIMENTAÇÃO DE POÇOS PRINCIPAIS ELEMENTOS DA PERFURAÇÃO DE POÇOS PERFURAÇÃO DE POÇOS TEXTO 1 TEXTO 2 3 - FLUIDOS DE PERFURAÇÃO TEXTO 3

46 TÉCNICAS DE PERFURAÇÃO DE POÇOS PERFURAÇÃO DE POÇOS 1 – PERFURAÇÃO DE POÇOS VERTICAIS 2 – PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS TEXTO 1 TEXTO 2

47 PERFURAÇÃO E SEGURANÇA DE POÇOS

48 SONDAS DE PERFURAÇÃO TERRESTRES RETORNA

49 PLATAFORMAS AUTO-ELEVATÓRIAS RETORNA

50 PLATAFORMAS SEMI SUBMERSÍVEIS RETORNA

51 NAVIOS DE PERFURAÇÃO RETORNA

52 PLATAFORMA FIXA RETORNA

53 PLATAFORMA FIXA APOIADA POR TENDER RETORNA

54 BARCAÇA DE PERFURAÇÃO RETORNA

55 - DESCRIÇÃO DO Sistema de Movimentação de Carga SONDAS ROTATIVAS TORRE OU MASTRO São estruturas de forma piramidal, construída com elementos de aço especial. As torres são estruturas mais robustas, próprias para as sondas que operam no mar, onde as condições de operação são muito particulares. A ação das ondas e dos ventos impõem às torres esforços dinâmicos adicionais importantes, principalmente se nos navios de perfuração e nas plataformas semi-submersiveis. As torres são montadas peça a peça. Existem no mercado dois tipos de torres: - Standard que equipam as plataformas fixas e auto-elevatórias - Dinâmicas para os navios e plataformas semi-submersíveis O Mastro é uma estrutura treliçada ou tubular, divida em módulos para fins de transporte. Articulado na sua base, o mastro pode ser montado ou desmontado horizontalmente, e colocado verticalmente em posição de operação, utilizando o guincho de perfuração e um cabo especial. O Mastro é apropriado para as sondas de perfuração terrestre, caracterizada pela sua grande mobilidade.

56 - DESCRIÇÃO DO Sistema de Movimentação de Carga SONDAS ROTATIVAS SUBESTRUTURAS: São construções em aço especial instaladas sobre bases ou fundações, propiciando a disponibilidade de espaço necessário para montagem da cabeça do poço e dos equipamento de segurança. A base ou fundação da sonda pode ser de madeira, concreto armado ou em aço, apoiada sobre o solo. ESTALEIRO: É constituído de uma estrutura metálica formado de vigas que se apóiam sobre pilares. Os estaleiros servem para estocagem dos elementos tubulares, todos estocados ao lado de uma passarela que precisam ser içados para a sonda ou descarregados, facilitando o seu manuseio.

57 - DESCRIÇÃO DO Sistema de Movimentação de Carga SONDAS ROTATIVAS GUINCHO: A função primordial do guincho numa sonda é a movimentação de cargas resultantes das colunas de perfuração e de revestimentos, bem como, assegurar a frenagem destas cargas sempre que preciso. Pela sua importância o guincho é considerado o coração da sonda, pois é baseado na sua capacidade que se caracteriza uma sonda. Seus principais componentes são os seguintes: Tambor principal; Tambor auxiliar; Freios:Mecânico e Hidráulico, caixa de transmissão, molinetes e embreagens. BLOCO DE COROAMENTO: É um conjunto de polias(4 a 7) localizado no topo da torre ou mastro, por onde passa o cabo de perfuração. Suporta todas as cargas aplicadas na torre. CATARINO E GANCHO: A Catarina (literalmente bloco viajante) é um conjunto de polias (3 a 6) por onde passa o cabo de perfuração. O gancho é um equipamento complementar da Catarina contendo um sistema de amortização das cargas suspensas e que facilitam o enroscamento dos tubos.

58 Cabo de perfuração: Trata-se de um cabo de aço cujas tranças, formadas por fios de aço especial, são enroladas em torno de um outro cabo de aço, denominado de ALMA. ELEVADOR: É um dispositivo mecânico utilizado para movimentação dos tubos de perfuração, comandos e revestimento. Trata-se de um anel de aço bi-partido com dobradiças e um sistema de fecho. - DESCRIÇÃO DO Sistema de Movimentação de Carga SONDAS ROTATIVAS RETORNA

59 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE ROTAÇÃO SONDAS ROTATIVAS O sistema de rotação é responsável pelo giro imprimido à coluna de perfuração. Principais componentes do sistema de rotação: Mesa rotativa; Haste quadrada ou hexagonais e cabeça de injeção. Nas sondas, o equipamento convencional pela rotação é a mesa rotativa. Um outro equipamento capaz de transmitir rotação a coluna é a CABEÇA DE CIRCULAÇÂO MOTORISADA (power swivel) que opera acoplado à cabeça de injeção. A perfuração rotativa conta com os motores de fundo (mud motors), através dos guais a torção é aplicada diretamente sobre a broca e o restante da coluna fica imobilizada durante a perfuração. O emprego deste equipamento é limitado; Usa-se principalmente na perfuração direcional. RETORNA

60 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE CIRCULAÇÃO SONDAS ROTATIVAS O sistema de circulação numa sonda é responsável pela injeção da lama no poço e seu tratamento na superfície. Principais componentes do sistema de circulação: Tanques de lama; Bombas de lama (2); Linhas de descargas e de sucção e os equipamentos de tratamento do fluido (peneira de lama, desareadores, Dissiltadores e turbinas.) RETORNA

61 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SEGURANÇA SONDAS ROTATIVAS CONTROLE DO POÇO: A expressão controle do poço refere-se ao controle que deve ser exercido sobre as pressões das formações perfuradas. Existem 3 níveis bem distintos de controle dos poços: 1 – Controle primário, exercido pela densidade da lama cuja pressão hidrostática deve ser mantida superior a pressão das formações; 2 – Controle secundário: Caso o controle primário sobre a formações seja perdido, a formação começa a produzir e o controle sobre o poço só é mantido com o fechamento da valvas de segurança (preventores) na superfície, vedando o espaço anular. A restauração do controle primário só é conseguido através da circulação de um fluido de perfuração de alta densidade. 3 – Controle terciário: Caso o controle do poço a nível secundário não possa ser mantido o controle da formação só pode ser conseguindo através de medidas especiais.

62 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SEGURANÇA SONDAS ROTATIVAS CABEÇA DE POÇO: É a denominação dada ao conjunto de equipamentos localizados na superfície que Completam a arquitetura do poço. A sua composição varia de acordo com as fases Da perfuração do poço, considerando que cada revestimento descido deve estar Fixado na superfície através de equipamentos que garantam a sua sustentação e Estanqueidade, permitindo a instalação dos equipamentos de segurança. Principais componentes da cabeça do poço: Cabeça do revestimento; carretel de revestimento e cabeça de produção. Construção da cabeça do poço CONJUNTO DE PREVENTORES (BOP STACK): Os preventores fazem a vedação em torno da coluna de perfuração ou o fechamento de todo o poço, caso o mesmo esteja vazio. Existem dois tipos de preventores que realizam esta função: Preventor Anular (bag type preventer) e Preventor de Gaveta, que fecha o espaço anular do poço sendo acionado por dois pistões hidráulicos. As gavetas podem ser do tipo cegas ou de acordo como o diâmetro dos tubos. O arranjo físico dos preventores bem como as quantidades variam conforme o poço havendo no mínimo 3 unidades. FIGURA

63 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SEGURANÇA SONDAS ROTATIVAS PREVENTOR ANULAR: É constituido de um elemento de borracha bastante volumoso, que fecha em torno dos tubos de perfuração e acionado por um pistão. Este preventor tem a vantagem de poder-se regular a pressão de fechamento da borracha em torno dos tubos. É o mais usado dos preventores.

64 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SEGURANÇA SONDAS ROTATIVAS PREVENTORES DE GAVETA: São constituídos de gavetas metálicas. Podem ser de dois tipos: Gaveta cegaDe fechamento em torno dos tubos

65 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SEGURANÇA SONDAS ROTATIVAS CONJUNTO DE PREVENTORES

66 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SEGURANÇA SONDAS ROTATIVAS Unidades de acionamento dos preventores: Os preventores são acionados hidraulicamente através de unidades instaladas Estrategicamente na sonda. RETORNO

67 CLASSIFICAÇÃO BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO Quanto ao Rolamento: Rolamento selado Rolamento de mancal (journal) Quanto ao tipo de formação Brocas para formações moles ou médias Brocas para formação duras ou abrasivas Quanto ao tipo de dentes Brocas de dente de aço Brocas de incertos de carboneto de tungstênios Quanto ao fluxo de lama no seu interior Brocas convencionais Brocas a jato RETORNA FIGURA 1 FIGURA 3 FIGURA 2 FIGURA 5 FIGURA 4

68 BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO ARRANJO DOS CONESO CONE COM DENTES RETORNA

69 BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO BROCA DE ROLAMENTO RETORNA

70 BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO Dentes de carboneto de tungstênio RETORNA Dentes de aço

71 BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO Broca para formação dura RETORNA Broca para formação mole

72 BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO Jatos (nozzle) RETORNA BROCAS A JATO

73 BROCAS TRICONES C/ DENTES DE AÇO BROCA CONVENCIONAL RETORNA

74 BROCAS DIAMANTADAS RETORNA

75 BROCAS COMPACTAS POLICRISTALINAS RETORNA

76 COLUNA DE PERFURAÇÃO COMANDOS Os comandos (drill collars) são tubos de aço cromo-molibidênio, forjados, com elevada massa linear devido a espessura de suas paredes. Existem comandos não magnéticos utilizados na perfuração não direcional. Função dos comandos: - Fornecer peso para a broca; - Dar rigidez a coluna de perfuração; Perfil externo dos comandos: - Comandos lisos; - Comandos espiralados. FIGURA 1

77 COLUNA DE PERFURAÇÃO Perfil externo dos comandos Comando espiralado Comando liso RETORNA

78 COLUNA DE PERFURAÇÃO TUBOS DE PERFURAÇÃO PESADOS São tubos de perfuração reforçados usados entre os comandos e os tubos de perfuração TUBOS DE PERFURAÇÃO São tubos de aço especial sem solda, cujas extremidades são reforçadas internamente ou externamente ou ainda externa e internamente onde são instalados os conectores (tool-joints), responsáveis pelo enroscamento dos tubos. CARCTERÍSTICAS DOS TUBOS DE PERFURAÇÃO Grau Limite elástico Carga de ruptura Minima (psi)Máxima (psi)Minima (psi) E75.000105.000100.000 X – 9595.000125.000105.000 G – 105105.000135.000115.000 S -135135.000165.000145.000 FIGURA 1

79 COLUNA DE PERFURAÇÃO EQUIPAMENTOS AUXILIARES ESTABILISADORES Os estabilizadores são incorporados à coluna de perfuração, entre os comandos ou sobre a broca, com a finalidade de dar estabilidade à coluna de perfuração. FIGURA 1 AMORTECEDOR DE CHOQUE É um equipamento hidráulico destinado a amortecer as vibrações geradas pela rotação da broca, evitando danos à mesma. Ele é enroscado diretamente sobre a broca. RETORNA

80 COLUNA DE PERFURAÇÃO ESTABILIZADORES RETORNA

81 REVESTIMENTOS São tubos de aço de diferentes dimensões e propriedades, descidos nos poços de petróleo e cimentados. Eles tem múltiplas funções conforme o tipo de revestimento e são partes essenciais dos poços, tanto na perfuração quanto na produção. TIPOS DE REVESTIMENTOS - Tubo condutor - Revestimento de superfície - Revestimento intermediário - Revestimento de produção - Liners

82 REVESTIMENTOS TUBO CONDUTOR Essencial no inicio da perfuração o tubo condutor, serve para controlar a ação erosiva da lama nas formações pouco consolidadas da superfície. Pode ter apenas alguns metros de comprimento. REVESTIMENTO DE SUPERFÍCIE Serve para proteger os aqüíferos superficiais e propiciar a estabilização das formações pouco consolidadas além de servir de suporte para os equipamentos de segurança. FIGURA REVESTIMENTO INTERMEDIÁRIO Também conhecido como revestimento técnico ou de proteção é utilizado para cobrir zonas de perda de circulação, folhelhos desmoronáveis, zonas de sal ou portadoras de gás ou água. REVESTIMENTO DE PRODUÇÃO Serve como receptáculo para a coluna produtora: os tubings. O revestimento de produção permite a produção seletiva quando houver mais de uma zona produtora no poço.

83 REVESTIMENTOS LINERS O liners é uma seção de revestimentos que fica ancorada no interior do poço, na última coluna de revestimentos; Não sobe até a superfície. Existem dois tipos de Liners: - Liners de perfuração - Liners de produção Liners de perfuração: São descidos no poço para cobrir uma zona de perda de circulação ou portadora de pressões anormais que comprometeriam a segurança do poço caso permanecessem descobertas. Liners de produção: são utilizados no lugar de uma coluna de revestimento de produção completa para cobrir uma zona produtora. FIGURA

84 REVESTIMENTOS DIEMENSIONAMENTO DOS REVESTIMENTOS Os revestimentos devem resistir a três tipos de esforços no poço: - Tração; - Colapso ou pressão externa; - Pressão interna. ESPECIFICAÇÃO DO REVESTIMENTO Os revestimentos são especificados conforme a tabela a seguir:

85 ACESSÓRIOS DE REVESTIMENTOS REVESTIMENTOS Os revestimentos são descidos no poço guarnecidos de acessórios especiais com o objetivo de viabilizar uma boa cimentação dos mesmos. Sapata guia ou flutuante: Usado na extremidade da coluna Colar flutuante usado dois tubos acima da sapata guia. Centralizador é usado para centralizar o revestimento no poço, instalado no trecho a ser cimentado. Diferentes tipos de arranhadores usados para remoção do reboco no trecho cimentado. RETORNA

86 Perfuração com 23 REVESTIMENTOS Poço de 30 Revestimento de superfície de 26 e cimentação Revestimento Intermediário de 18,625 e cimentação Perfuração com 17,5 Revestimento Intermediário de 13,375 e cimentação SEQÜÊNCIA DE PERFURAÇÃO E DESCIDA DE REVESTIMENTO EM UM POÇO RETORNA

87 CIMENTAÇÃO DE POÇOS A operação de cimentação consiste na mistura de cimento com água e aditivos químicos e na sua injeção no poço, através da coluna de revestimentos com a finalidade de assegurar a aderência dos tubos nas paredes do poço e garantir a obturação das zonas produtoras. Protege o revestimento das formações desmoronáveis e contra a corrosão. Isolar e suportar o revestimento. Selar zonas com perda de circulação. Proteger o revestimento da corrosão causada pela água e/ou gás da formação. Evitar "blow-outs" devido ao isolamento do anular entre formação e revestimento. Proteger a sapata do revestimento contra impacto quando da perfuração da próxima fase. Evitar movimentação de fluidos entre zonas diferentes. POR QUE CIMENTAR UM POÇO ?

88 -Primária é aquela realizada logo após a descida da coluna de revestimentos. -Secundária também denominada cimentação sobre pressão (squeeze). É o processo através do qual o cimento é forçado através de orifícios aberto no revestimento preenchendo falhas ou completando o isolamento de zonas produtoras. CLASSIFICAÇÃO DA CIMENTAÇÃO: CIMENTAÇÃO DE POÇOS CIMENTAÇÃO PRIMÁRIA

89 CIMENTAÇÃO DE POÇOS TIPOS DE CIMENTO Os cimentos Portland usados em poços de petróleo recebem a seguinte classificação API, em função da sua composição química da temperatura e pressão do poço. Classe A: Cimento comum para uso em poços até 6.000 pés com temperaturas inferiores a 170 °F Classe B: Usado até 6000 pés e temperaturas abaixo de 160 °F. Possui baixa resistência aos sulfatos. Classe C: Para poço até 6000 pés quando uma alta resistência antecipada é requerida. Resiste aos sulfatos. Classe D: Para uso entre 6000 e 10.000 pés e temperaturas até 230 °F. Sua resistência a pressões e sulfatos é elevada. Classe E: Previsto para uso entre 6000 e 14.000 pés em temperaturas de até 230 °F. Próprio para altas pressões e temperaturas. Com resistência regular e alta aos sultfatos. Classe F: Adequado para poços de 10.000 a 16.000 pés com temperaturas e pressões extremamente elevadas. São disponíveis com resistências regular e alta aos sulfatos. Classe G e H: Cimentos básicos para poços de até 8.000 pés em estado natural e, se aditivados com aceleradores ou retardadores de pega podem cobrir uma larga faixa de profundidades e pressões; Disponíveis com resistência moderada alta resistência aos sulfatos

90 CIMENTAÇÃO DE POÇOS ADITIVOS DE CIMENTAÇÃO - Redutores de densidade: bentonita é o mais comum redutor de densidade em porcentagem de até 12 % do peso do cimento; -Aceleradores do tempo de pega do cimento: o cloreto de sódio e cálcio são aceleradores de pega; -Retardadores do tempo de pega: são empregados para aumentar o tempo de bombeeabilidade do cimento em poços com temperaturas elevadas. O cloreto de sódio e o ligno sulfonato de cálcio são retardadores. -Redutores de perda d´água: São importantes sobretudo nas cimentações secundárias; -Aditivos para aumento de densidade da pasta de cimento: sulfato de bário e hematita; -Redutores de fricção ou afinadores da pasta de cimento: dispersantes orgânicos; -Aditivos controladores da perda de circulação: material fibroso, mica,etc.

91 CIMENTAÇÃO DE POÇOS ACESSÓRIOS DE CIMENTAÇÃO - Cabeça de cimentação - Tampão de topo - Tampão de fundo RETORNA

92 COLUNA DE PERFURAÇÃO CONECTOR (TOOL JOINT) RETORNA

93 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Historicamente, quando foi introduzido junto com a perfuração rotativa, a finalidade do fluido de perfuração era simplesmente a remoção do cascalho produzido pela broca no fundo do poço. Nestas circunstâncias, qualquer tipo de fluido capas de realizar esta função podia ser considerado um fluido de perfuração: água, ar,gás natural, sólidos em suspensão na água, emulsões. Com o progresso tecnológico e as exigências dos órgãos ambientais, o fluido de perfuração tornou-se uma mistura complexa de sólidos, líquidos e produtos químicos.

94 FUNÇÕES DO FLUÍDO DE PERFURAÇÃO - Remover os cascalhos gerados pela broca do fundo do poço e transportado para a superfície; - Controlar as pressões das formações; - Estabilizar as paredes do poço; - Manter os cascalhos em suspensão sempre que houver parada da circulação da lama; - Resfriar e lubrificar a broca; - Lubrificar a coluna de perfuração, reduzindo seu atrito com o poço; - Proporcionar a formação de reboco fino e impermeável para proteger as formações produtoras; - Permitir a coleta de informações sobre as formações através dos cascalhos, traços de óleo e gás que são detectados na superfície; - Facilitar a realização de testes de formação, perfilagens, etc. FLUIDOS DE PERFURAÇÃO FIGURA

95 PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO DENSIDADE, por definição é a relação entre o massa do corpo e o seu volume em condições definidas de pressão e temperatura. O aumento da densidade da lama se faz mediante o acréscimo de sulfato de bário (baritina), hematita e calcita. A redução da densidade se faz pela diluição com água ou óleo diesel para os fluidos a base de água. A densidade é uma propriedade muito importante e deve ser mantida controlada de modo que a sua pressão hidrostática seja suficiente para controlar os fluidos das formações. Na indústria de petróleo as principais unidades de medida da densidade são as seguintes: lb/gal, lb/cuft, kg/dm 3, e gravidade específica Densímetro de lama: A verificação da densidade da lama é feita com a balança de lama. FIGURA

96 PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO VISCOSIDADE: É a medida da resistência da lama para fluir. Em outras palavras mede a consistência da lama. A viciosidade deve ser suficientemente elevada para manter a baritina em suspensão e assegurar o transporte dos cascalhos para fora do poço. Medidas da viscosidade: - Viscosidade Marsh: Seu princípio fundamenta-se na medição do tempo de escoamento de um volume definido de lama através de um funil calibrado. A viscosidade Marsh exprime-se em segundos. Por exemplo a viscosidade Marsh da água doce a 70 °F é de 26 s; - Viscosidade plástica e aparente: São determinadas através de aparelhos denominados viscosímetros. Ambas são medidas em centipoise. FIGURA 1 FIGURA 2

97 PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO FILTRADO: O fluido de perfuração submetido a pressão hidrostática, deposita defronte das formações permeáveis uma película de baixa permeabilidade denominada Reboco (mud cake) enquanto uma parte líquida chamada Filtrado é drenada para dentro da formação. Uma lama de boa qualidade deve apresentar um filtrado baixo e um reboco fino e de ótima plasticidade. O filtrado API é a quantidade de líquido em cm 3 que é recolhido quando a lama é submetida a uma pressão de 100 psi. O REBOCO é medido em mm ou frações da polegada e tem a sua consistência igualmente avaliada em mole, duro, firme, elástico, etc. FIGURA 1

98 PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO TEOR DE SÓLIDOS: O controle do teor de sólido é muito importante e deve ser objeto de todo cuidado uma vez que ele influi sobre diversas propriedades da lama: densidade, viscosidade e força gel, produzindo desgaste nos equipamentos pela sua abrasividade e reduz a taxa de penetração da broca. FORÇA GEL: A força gel é um parâmetro que indica o grau de tixotropia da lama. Um fluido tixotrópico é aquele que quando em repouso desenvolve uma estrutura gelificada e que quando posto em movimento recupera a fluidez. pH : É medido usando papeis indicadores ou potenciômetros, sendo mantido na faixa de 7 a 10. Ele determina apenas uma alcalidade relativa a concentração de íons H + através de métodos comparativos.

99 Alcalidades: As alcalinidades dos fluidos de perfuração são determinadas por métodos diretos de titulação volumétrica de neutralização e leva em consideração as espécies carbonatos (CO 3 -- ) e bicarbonatos (HCO 3 - ) dissolvidos na lama, alem dos íons hidroxilas (OH-) dissolvidos e não dissolvidos. São determinadas as seguintes alcalinidades: -Alcalinidade parcial do filtrado; -Alcalinidade da lama; -Alcalinidade total do filtrado. Alcalinidade é a habilidade de uma solução ou mistura de reagir com um ácido PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO

100 COMPOSIÇÃO DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Os fluidos de perfuração se compõem de três fases distintas: -Fase contínua ou fase líquida; -Fase dispersa constituída de sólidos coloidais e/ou líquidos emulsificados que fornecem a viscosidade, tixotropia e reboco (bentônica, atapulgita, etc.); -Fase inerte constituída por sólidos inertes dispersos tais como os doadores de peso (baritina, hematita, calcita) e os sólidos provenientes das rochas perfuradas.

101 CLASSIFICAÇÃO DOS FLUÍDOS DE PERFURAÇÃO FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Os fluidos de perfuração são classificados de acordo com a natureza dos fluidos de base: -Lamas de base água; -Lamas de base óleo; -Lamas de base ar. -LAMA DE BASE ÁGUA Nestes fluidos a fase contínua é água doce, dura ou salgada. -Água doce é toda água com menos de 1000 ppm de NaCl equivalente. Para fins industriais não necessita de tratamento prévio. -Água dura caracteriza-se pela presença de sais de Ca e Mg na sua composição, podendo alterar as carcterísticas dos aditivos químicos utilizados na lama -Água salgada: deve possuir salinidade superior a 1000 ppm de NaCl equivalente. Pode ser natural, como a água do mar, ou salgada artiifcialmente com NaCl, KCl ou CaCl2.

102 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO LAMAS DE BASE ÁGUA

103 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Estes fluidos são classificados em duas categorias: AA) Emulsões água/óleo propriamente dita, nas quais o teor de água é inferior a 10 %. 1 – Composição: Óleo diesel (95-98%), água (2 – 5%), Asfalto aerado, argila organofílica, negro de fumo, (agentes de controle do filtrado e da viscosidade), agentes emulsificantes, estabilizantes e doadores de peso (CaCO3, BaSO4, Galena). 2 – Vantágens: Otima performance nos poços de alta temperatura e alta pressão; Não danifica as formações produtoras; Não reage com os folhelhos argilosos e plásticos Inibe as formações de Halita, carnalita, silvita, etc. Ideal para perfuração de poços direcionais; Inibe a corrosão Prolonga a vida das brocas LAMAS DE BASE ÓLEO

104 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO 3 – Desvantágens: Alto custo inicial Poluição (uso de alguns óleos vegetais e sintéticos, têm reduzido o potencial poluidor; Risco de incêndio Danos aos componentes de borracha dos equipamentos; Dificuldade de reconhecimento dos cascalhos nas zonas produtoras Menor número de perfis que podem ser corridos no poço BB) Emulsões inversas Nestas lamas o teor de água varia de 10 à 45%. 1 – Características: São as mesmas das lamas de base óleo, com algumas vantagens adicionais: - Menor custo - Menor risco de incêndio - Tratamento na superfície mais fácil Estas vantagens tornam o uso destes fluídos mais diversificado, sendo inclusiveusado como fluido de completação.

105 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO LAMAS DE BASE AR AR COMPRIMIDO OU GÁS (N2) é o melhore fluido de perfuração sob o ponto de vista da taxa de penetração da broca. Nele, é o ar ou o gás que é injetado no poço no lugar da lama. É ideal para perfuração através de zona de perda de circulação, zonas produtoras de baixa pressão ou muito sensíveis a danos, formações muito duras, estáveis ou fissuradas. Seu uso entretanto fica interditado as formações que produzem água. AR COMPRIMIDO COM NÉVOA: Consiste em uma mistura de água dispersa no ar. É utilizado quando são encontradas formações que produzem água em quantidade suficiente para prejudicar a perfuração com ar ESPUMA: A espuma é um fluido resultante da mistura de ar, água e um agente espumante (tensoativo). Com este tipo de fluido, a água produzida pelo poço é retirada sob a forma de espuma.

106 VANTAGENS: - Vazão de ar reduzida - Melhor limpeza do poço - Estabilidade do fluido em presença moderada de água - Alta eficiência na remoção dos cascalhos do poço devido à elevada viscosidade do fluido. -DESVANTAGENS: Impossibilidade de tratamento da espuma na superfície. FLUIDOS DE PERFURAÇÃO LAMAS DE BASE AR

107 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO LAMA AERADA Neste tipo de fluido, injeta-se ar, nitrogênio ou gás natural no fluxo do fluido de perfuração reduzindo a sua densidade. Esta lama é recomendada para a perfuração de formações que apresentem um elevado índice de perda de lama. VANTAGENS: A lama aerada é adequada para perfuração de formações sujeitas a perdas de circulação severas, vez que reduz a densidade do fluido de perfuração. RETORNA

108 PERFURAÇÃO DE POÇOS VERTICAIS A rigor não existem poços verticais. Em conseqüência da não uniformidade da composição das formações, da disposição das camadas em relação umas às outras o poço desvia-se seja em relação ao eixo vertical, seja em relação à sua direção. Embora inevitáveis estes desvios podem ser combatidos com emprego de colunas de perfurações rígidas ou ainda pela combinação dos Parâmetros peso versus rotação. RETORNA

109 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS A técnica da perfuração direcional, visa o desvio intencional do poço para atingir um determinado alvo prefixado. Consiste em escolher, projetar e executar a trajetória de um poço inclinado ou horizontal, bem como indicar os parâmetros compatíveis com a trajetória escolhida. APLICAÇÃO DA PERFURAÇÃO DIRECIONAL 1 - Atingir locais inacessíveis para a perfuração convencional; Por exemplo: Uma zona habitada, uma salina, a base de uma montanha, etc. 2 – Perfurar diversos poços a partir de uma mesma alocação, no mar ou em terra 3 - Desviar lateralmente um poço obstruído (side track) ou por motivo de ordem técnica. 4 – Perfurar poços de alívio para interceptar um poço em erupção; 5 – Perfurar poços horizontais, multilaterais e de grande afastamento lateral para fins de desenvolvimento de uma jazida. FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 FIGURA 5

110 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS DEFINIÇÃO DOS PARAMETROS E ELABORAÇÃO DA TRAJETÓRIA DE UM POÇO DIRECIONAL Uma vez fixadas as coordenadas do ponto de partida (coordenadas da locação) e do ponto de chegada (coordenadas do alvo), escolhe-se o modelo da trajetória entre três modelos básicos:

111 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS PROJETO POÇO DIRECIONAL Uma vez fixado o modelo da trajetória o projeto do poço direcional é apresentado sob a forma de projeções do poço nos planos vertical e horizontal. -Seção horizontal: Dados necessários. - Coordenadas do poço - Coordenadas do alvo - Direção do poço - Distância entre as alocações - Raio do cilindro de perfuração -Seção Vertical: Dados necessários: - Profundidade do ponto de desvio (KOP) -`Profundidade vertical do alvo - Afastamento lateral do alvo - Razão do aumento do ângulo: Dog leg = 3°/100 pes

112 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS TECNICAS DE DESVIO 1 – Whipstock; 2 – Jateamento com broca; 3 – Motor de fundo com substituto empenado (bent sub) posicionado no topo; 4 – Motor de fundo dirigível (steereable motor) muito mais preciso e flexível que o motor de fundo; Pode perfurar com a rotação da coluna. Nele, a inclinação é dada pelo próprio corpo do motor.

113 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS PERFURAÇÃO DE POÇOS HORIZONTAIS A perfuração horizontal é a inovação de crescimento mais rápido na indústria de petróleo nos anos 90; Estimasse que 10 % dos poços perfurados nos EUA, nesta década, pertencem a esta categoria. VANTAGENS: -Aumenta a produção potencial do poço; -Requer a perfuração de menos poços para drenar os reservatórios; -Pode aumentar a recuperação primária do reservatório até 50 a 75 %; -Minimiza a produção de água salgada; -Dá excelentes resultados em reservatórios fraturados FIGURA 1

114 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS PERFURAÇÃO DE POÇOS MULTILATERAIS A perfuração de poços multilaterais obedece uma técnica que visa a perfuração de poços sob a forma de ramificações, a partir de um poço principal, considerado o eixo do sistema. Objetivo dos poços multilaterais: -Re-utilização de poços já perfurados e em vias de serem abandonados; -Aumentar a exposição do reservatório; -Aumentar a produção e índice de recuperação final de um único poço diminuindo assim o numero de poços; -Interceptar diversas zonas produtoras; -Perfurar poços em reservatórios de pequena espessura, dispostos ao longo de um poço cuja explotação isolada seria anti-econômica. FIGURA 1

115 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS PERFURAÇÃO DE POÇOS DE LONGO AFASTAMENTO LATERAL São poços em que o afastamento lateral do poço, é no mínimo duas vezes a profundidade vertical do poço. RETORNA

116 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS RETORNA Atingir locais inacessíveis para a perfuração convencional

117 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS RETORNA Perfurar diversos poços a partir de uma mesma alocação

118 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS RETORNA Desviar lateralmente um poço obstruído

119 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS Perfurar poços de alívio para interceptar um poço em erupção. RETORNA

120 Perfurar poços horizontais, multilaterais e de grande afastamento lateral PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS RETORNA

121 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS PERFURAÇÃO DE POÇOS HORIZONTAIS RETORNA

122 PERFURAÇÃO DE POÇOS DIRECIONAIS NÍVEIS DE JUNÇÃO DE POÇOS MULTILÁTERIS GEOMETRIA DE POÇOS HORIZONTAIS RETORNA

123 TRASPORTE DOS CASCALHOS RETORNA

124 BALANÇA DE LAMA RETORNA

125 VISCOSÍMETRO MARSH RETORNA MODO DE OPERAÇÃO Enche-se o funil com lama e mede-se o tempo de escoamento (s) de ¼ de galão (946 cm3). Por exemplo a viscosidade Marsh da água pura 20°C É de 26 segundos Marsh.

126 VISCOSÍMETRO FANN RETORNA VISCOSIDADE PLÁSTICA (VP) em CP VP = leitura 600 rpm – leitura 300 rpm Limite de escoamento ( ) = leitura 300 rpm – VP (lbf/100 ft2)

127 FILTRO PRENSA RETORNA

128 CABEÇA DE POÇO Cabeças do revestimentoSituação do revestimento de superfície após a cimentação Situação do revestimento de superfície após a instalação da cabeça de revestimento

129 CABEÇA DE POÇO Carretel da cabeça do revestimento Cabeça do poço após instalação do carretel.

130 CABEÇA DE POÇO Carretel da cabeça do tubing Cabeça do poço na fase final (antes da instalação da árvore de natal) RETORNA

131 REVESTIMENTOS LINERS RETORNA LINER

132 RETORNA COLUNA DE PERFURAÇÃO