Controle de Poço

Maurício de Aguiar Almeida, PhDmauricioaguiar@petrobras.com.br

Bibliografia

Bourgoyne, A.T., Millheim, K.K., Chenevert, M.E., and Young, F.S.: “Applied Drilling Engineering”, SPE Textbook Series, Vol. 2, Richardson, Texas, USA, 1986.– Capítulo 4

Causas de um Kick Fluido de Perfuração com massa específica insuficiente para

conter a produção de formações expostas– Zonas de Pressão Anormal

Técnicas de detecção

Fonte de Dados Indicador de Pressão Época do Registro

Métodos Geofísicos Reflexão Sísmica, Gravimetria ou Elétrico Antes de Perfurar

Parâmetros de PerfuraçãoTaxa de Penetração, Expoente d e dc, torque e arraste Durante a Perfuração

Parâmetros do Fluido de Perfuração

Corte de água ou gás, resistividade e Temp. de retorno

Durante a Perfuração (tempo de retorno)

Cascalho Massa específica, Volume, Forma, Tamanho ou Quantidade

Durante a Perfuração (tempo de retorno)

Perfilagem Perfis elétricos, Acústicos, Densidade, etc. Após perfurar

Medida Direta de Pressão Pressão na coluna de Teste Após perfurar

Causas de um Kick

Falta de Ataque ao Poço – Retirada da Coluna– Cálculo do Volume de Aço Retirado

Pistoneio– Hidráulico, < BHP pelo movimento da coluna– Mecânico – encerramento de broca

Perda de Circulação– Queda do nível do fluido no anular

Cimentação inadequada– Influxo de gás durante a pega da pasta

Estrutura auto-sustentável Redução da hidrostática

Estatística

Manobrando (48 %)

Perfurando (42 %)

Outros

Sinais de Alerta Aumento brusco da Taxa de Penetração

– Mudança de Litologia– Pressão de poros > pressão no poço– Litologia de maior perfurabilidade

Corte do fluido de perfuração– Água

Salinidade Aumento do teor de cloretos Zona de sal (halita)

– Óleo– Gás

Expansão na superfície Redução da pressão de circulação e aumento da vazão de bombeio

– Tubo em “U”– Fluido mais leve no anular– Furo na coluna (checar carga no gancho)

Indícios de um Kick

Aumento do Volume do Fluido de Perfuração nos Tanques Aumento da Vazão do Fluido de Perfuração no Retorno

– Vazão de Retorno > Injeção Poço Escoando mesmo com Bombas Desligadas Poço aceitando menos volume de fluido de perfuração que

o volume de aço retirado – Retirada da Coluna– Tanque de Manobra

Poço devolvendo mais volume de fluido de perfuração que o volume de aço descido– Descida da Coluna– Tanque de Manobra

Detecção de um Kick

Constatação de algum indício

Fechamento do Poço Leitura das Pressões Método para remoção

do fluido invasor e adensamento do fluido de perfuração

Reservatório

Sapata Revestimento

Fluido de Perfuração

Aumento de VolumeRetorno

Poç

o A

berto

Formação Exposta de Mínima Competência

Fluido Invasor

Segurança e Cabeça de Poço

BOP Gavetas Choke Manifold Acumuladores Linhas e Válvulas

BOP

Segurança e Cabeça de Poço

BOP ANULAR

Segurança e Cabeça de Poço

GAVETA CORTADORA(SHEAR RAMS)

BOP GAVETAS DE TUBO(PIPE RAMS)

Segurança e Cabeça de Poço

Acionamento Remoto do BOP

Choke Manifold

Fechamento do Poço Procedimento Operacional

– Perfuração– Manobra nos Tubos– Manobra nos Comandos– Sem Coluna no Poço

Fechamento do BOP– Cima para Baixo– Annular Preventer– Hard ou Soft Shut-in

SID

PP

(S

hut-i

n D

rill P

ipe

Pre

ssur

e)

t (tempo)

Fechamento do Poço

Estabilização das pressões Determinação das pressões relevantes

– SIDPP – Shut-in Drill Pipe Pressure– SICP – Shut-in Casing Pressure

Identificação do tipo de fluido– Composição em geral desconhecida– Estimativa da massa especifica– Hipóteses adotadas

O Kick constitui um volume único e contínuo no fundo do poço

Não há deslizamento entre as fases líquido e gás

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

Formação Exposta de Mínima Competência

Fluido Invasor

pc

pdp

Altura do Kick no Anular G = Ganho de Volume nos Tanques (pit gain)

– Hipótese: G=Vk (Volume de Influxo)– Nomenclatura

C3 – Capacidade do Anular poço-DCC2 – Capacidade do Anular poço-DPC1 – Capacidade do Anular Rev.-DP

– Caso o volume do Kick seja menor que o volume do anular poço-DC

– Caso o volume do Kick seja maior que o volume do anular poço-DC e menor que o volume do poço aberto

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

Formação Exposta de Mínima Competência

Fluido Invasor

pc

pdp

33

kk C

GCVL

2

33k3k C

CLVLL

Exemplo Um poço vertical estava sendo perfurado a prof. de 10000 pés com um fluido de

9,6 ppg que era bombeado a vazão de 8,5 bbl/min, quando foi detectado um kick. Ganhou-se 20 bbl em 3 min e o BOP foi fechado. Após estabilização, foram lidas as seguintes pressões SIDPP=520 psi e SICP=720 psi. A capacidade do anular poço-DP é de 12,9 ft/bbl e a poço-DC é de 28,6 ft/bbl para os 900 pés de DC’s na coluna. Calcule a massa específica do kick. A capacidade total da coluna é de 130 bbl e a sapata anterior está a 3500 pés de profundidade.– Assumindo que o influxo entre como um slug, sem se misturar:

– O volume total do anular poço-DC é de

– Logo

– Cálculo da Massa específica do kick (Tubo em “U”)

5,1328,6900V3

57220(28,6)Lk

bbl

pés

kkmdpc gLρρpp 9,2572052,05207206,9

gLpp

ρρk

dpcmk

ppg

Exemplo– Supondo que o influxo se misture homogeneamente com o fluido de perfuração.

– Neste caso

– Assim, a massa especifica da mistura influxo-lama

– Supondo que a variação de pressão não faça a massa específica do gás variar tanto

5,45)3(5,820V k

08119,12)5,315,45(009Lk

bbl

pés

04,61081052,05207206,9

gLpp

ρρk

dpcmmix

ppg

5,45

5,256,9)20(ρ6,04 k

Com k=1,5 ppg Conclusão: o influxo é de gás

Informações Prévias para Controle de Poço

Máxima Pressão no Revestimento e BOP Máxima Pressão Admissível na Rocha de Resistência Mínima

– Teste de Absorção (Leak Off Test) Capacidades inerentes à Geometria do Poço Capacidades de deslocamento e Eficiência Volumétrica das Bombas Pressão Reduzida de Circulação (PRC)

– Controle de Pressão no Fundo– Monitoramento na Superfície– Conhecimento das Pressões de Circulação– Vazão reduzida de Circulação

Melhor Controle das Pressões no Choke Menor Erosão do Choke e Linhas

Volume Total de Fluido de Perfuração no Sistema Planilha de Controle

Métodos de Controle

Objetivos– Expulsar o fluido invasor– Substituir o fluido por outro de peso

adequado

Condição de Operação– Pressão no Fundo Pressão do

Reservatório– Fundamento

Pressão no Fundo Constante– Pressão na Sapata Fratura (Leak Off

Test)

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

Formação Exposta de Mínima Competência

Fluido Invasor

pc

pdp

Métodos de Controle Método do Engenheiro (Wait and Weight)

– Fluido de perfuração que amortece o poço

– Iniciar Injeção do Fluido de Amortecimento– Pressão de Injeção reduz-se– One Circulation Method

gDp

ρρ dpmkm Pdp -> SIDPP

Vinj

pdp

PIC–Pressão Inicial de Circulação

PFC–Pressão Final de Circulação

Fluido de Amortecimento na broca

Métodos de Controle Método do Sondador (Driller’s)

– Circular com o fluido original no poço Expulsar fluido invasor

– Preparar simultaneamente o fluido de amortecimento

– Efetuar a substituição do fluido após a remoção do fluido invasor

– Two Circulations Method

Vinj

pdp

PIC–Pressão Inicial de Circulação

PFC–Pressão Final de Circulação

Fluido de Amortecimento na broca

Pressões na Circulação Pressão Inicial de Circulação (PIC)

Pressão Final de Circulação (PFC)

rcSIDPPic ppp

Vinj

pc

Gás passando para o anular poço-DP Gás totalmente expulso

Topo do Gás na superfície

m

kmrcfc ρ

ρpp

Pressões no Anular

BHP é mantida constante pela operação do choke ajustável

Partindo-se desta pressão (BHP) conhecida, pode-se determinar a pressão em cada ponto do anular

Cálculo da densidade dos fluidos e do volume que cada um ocupa no poço

Para gás considera-se a lei dos gases perfeitos e são adotadas as seguintes hipóteses: (1) o kick constitui uma região homogênea e contínua, e (2) não há deslizamento entre fases

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

Formação Exposta de Mínima Competência

Fluido Invasor

pc

pdp

ExemploUm poço vertical estava sendo perfurado a prof. de 10000 pés com um fluido de 9,6 ppg que era bombeado a vazão de 8,5 bbl/min, quando foi detectado um kick. Ganhou-se 20 bbl em 3 min e o BOP foi fechado. Após estabilização, foram lidas as seguintes pressões SIDPP=520 psi e SICP=720 psi. A capacidade do anular poço-DP é de 12,9 ft/bbl e a poço-DC é de 28,6 ft/bbl para os 900 pés de DC’s na coluna. A capacidade total da coluna é de 130 bbl e a sapata anterior está a 3500 pés de prof. (Exemplo visto anteriormente). Calcule a m.e.e (massa específica equivalente) na sapata quando do fechamento do poço. Calcule também a m.e.e. na sapata após o bombeio de 300 bbl de fluido de amortecimento (método do engenheiro) supondo que tenha sido empregada a margem de 50 psi acima da pressão do reservatório para circulação. Considere que o kick é de gás metano, a uma temperatura constante de 140 °F, e que segue o comportamento de gás ideal.– No fechamento

– M.e.e. do fluido de matar

– M.e.e na sapata no fechamento

55120)9,60,052(1000520gDρpp mdpbh psi

6,10/100005512/0,052gDpρ bh

km ppg

56,130/0,052/3502076,9gDpρρ

cs

cmcs ppg

Exemplo– Após o bombeio de 300 bbl de fluido de amortecimento, o

volume de fluido de amortecimento no anular é de 300-130=170 bbl.

– Como V3=31,5 bbl (L3=900 pés), então

– A pressão na base do gás é obtida por

– Para gás ideal

– Para Calcular a m.e.e a 3500 pés

26879,125,31170900Lkm

437)9,12(9,33LL gk Lk

pés

08,1)140460(3,80

16)7,143244(RT

pρ g

g

M

ppg

9,337,143244

)7,145512(20Vg

bbl

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

pc

pdp

Lm

Lkm

pés

kkkmkmmarginbhg LρLρg-Δppp

32449,6(1677)10,6(2687)0,052-505512pg psig

16779,12)170300(Lm

pés

2371LρLLL-D-Dρgpp kgmkkmcsmgcs psig

130/0,052/3502371gDpρ

cs

cscs ppg

Tolerância ao Kick Objetivo

– Na ocorrência de um kick, deseja-se fechar o poço e circular o kick com segurança, sem que haja fraturamento da formação mais fraca (considerada na sapata)

A solução requer o conhecimento das:– Pressões características das formações– Pressões atuantes ao longo do poço durante:

Ocorrência do influxo Fechamento do poço Circulação do Kick

Tolerância– É um limite para uma dada variável (valor máximo ou mínimo)

Margem– É o que falta para a variável atingir a tolerância ou o limite, ou seja,

é a diferença entre o valor da variável e o seu limite (máximo ou mínimo)

Equacionamento Básico– Para resultados precisos, requer modelagem

complexa do escoamento multifásico. – Uma modelagem simplificada permite:

Resultados conservativos, satisfatórios em cenários convencionais.

Maior facilidade para compreensão do problema– Características do modelo simplificado

Bolha única Quase estático

– Nomenclaturam – m.e. do fluido de perfuraçãop – m.e.e. da pressão de poroscs – m.e.e. atuante na sapata do rev.k – m.e.e. do kick

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

pc

pdp

Lk

Equacionamento Básico– Premissas

Condição estática no fechamento do poço Lk menor que o comprimento do poço abertom < f (m.e.e. de fratura na sapata)

– Supondo cs = f

– Calcula-se p = kt (máxima pressão de poros, em m.e.e.admissível no cenário proposto)

– É a máxima pressão de poros, expressa em m.e.e., de

modo que, ocorrendo um kick com um determinado volume a uma certa profundidade com a lama existente, o poço poderá ser fechado sem fratura da sapata.

Reservatório

Sapata Revestimento

Choke Ajustável

BOP

Poç

o A

berto

pc

pdp

Lk

kcsmkkpcscs L-D-DρLρ-DρDρ

D

ρ-ρLρ-ρDρρ mkkmfcsmkt

Aplicações do Kick Tolerance

Elaboração de projeto de poço de baixo para cima

Elaboração de projeto de poço de cima para baixo

Verificação da viabilidade de um programa de assentamento de sapatas de revestimento

Acompanhamento da execução de poços

Aplicações do Kick Tolerance

Projeto de Cima para Baixo

– Maximiza comprimento dos revestimentos

– Pode economizar um revestimento

Aplicações do Kick Tolerance

Projeto de Baixo para Cima

– Poço“Slim”– Minimiza

comprimento dos revestimentos