Controle de Poço
Maurício de Aguiar Almeida, [email protected]
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