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é um trabaho que fala de drilling
Tipologia: Notas de aula
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Não perca as partes importantes!
http://www.conservation.ca.gov/dog/picture_a_well/pages/qh_drill_rig.aspx
Elaborado por:
Prof. António Cabral Coelho da Cruz
Nota para os Alunos da 11ª Perfuração & Produção do INP
Este “manual” visa responder muitas das questões que podem ser encontradas no mundo da perfuração. O manual está especificamente relacionado com conteúdos que duma forma geral, introduzem a quem quer seguir o ramo de “engenharia” de perfuração noções básicas relacionadas a perfuração.
Espero que os alunos utilizem o manual como um guia, e que não ficam apenas limitados com os conteúdos apresentados no mesmo. É preciso aprender a usar ou saber usar certos “meios” como a internet, uma biblioteca, etc... de forma a ajudar os alunos não só a entender melhor sobre um determinado “tema”, mas também a enriquecer os conhecimentos de forma que num futuro “próximo” , o país e o mundo inteiro possa ser beneficiado da aprendizagem adquirida pelo o(a) aluno(a). Lembre -- se sempre que para criar algo com a nossa “assinatura”, é preciso primeiro entender bem aquilo que já existe.
4.1.5 Rotacionador de Tubos (Pipe Spinner) ---------------------------------------------------------------
4.1.6 Iron Roughtneck -----------------------------------------------------------------------------------------
4.2 Sistema de Geração de Energia --------------------------------------------------------------------------
4.3 Sistema de Movimentação de Cargas -------------------------------------------------------------------
4.3.1 Guincho (Draworks) -------------------------------------------------------------------------------------
4.3.2 Bloco de Coroamento e Bloco Viajante --------------------------------------------------------------
4.3.3 Passarela de Tubos (Pipe Catwalk) e Prateleira para Tubo (Pipe Rack) -------------------------
4.3.4 Elevador de Tubos ---------------------------------------------------------------------------------------
4.3.5 Iron Derrickman -----------------------------------------------------------------------------------------
4.4 Sistema de Circulação de Fluidos -----------------------------------------------------------------------
4.4.1 Bombas de Lama ----------------------------------------------------------------------------------------
4.4.2 Peneiras de Lama ----------------------------------------------------------------------------------------
4.4.3 Desareiador -----------------------------------------------------------------------------------------------
4.4.4 Dessiltador ------------------------------------------------------------------------------------------------
4.4.5 Degaseificador -------------------------------------------------------------------------------------------
4.5 Sistema de Segurança -------------------------------------------------------------------------------------
4.5.1 LMRP (Low Marine Riser Package) ------------------------------------------------------------------
4.5.2 BOP --------------------------------------------------------------------------------------------------------
4.5.2.1 Mecanismos de Vedação -----------------------------------------------------------------------------
4.5.2.2 Mecanismos de Controle -----------------------------------------------------------------------------
4.5.2.3 Linhas de Choke e Kill -------------------------------------------------------------------------------
4.5.3 Diverter ---------------------------------------------------------------------------------------------------
4.6 Sistema de Monitoração -----------------------------------------------------------------------------------
4.7 Exercícios sugeridos pelo professor ---------------------------------------------------------------------
4.8 Fontes --------------------------------------------------------------------------------------------------------
5.1 Comandos de perfuração ( Drill Collars) ---------------------------------------------------------------
5.2 Tubos de Perfuração ( Drillpipes – DP) -----------------------------------------------------------------
5.3 Tubos Pesados de Perfuração ( Heavyweight Drillpipes - HWDP) ----------------------------------
5.4 Estabilizadores ---------------------------------------------------------------------------------------------
5.7 Brocas de Perfuração --------------------------------------------------------------------------------------
5.8 Exercícios Sugeridos por Ronaldo Ferreira Ribeiro ---------------------------------------------------
5.9 Fontes --------------------------------------------------------------------------------------------------------
2.1 Introdução
O mundo da perfuração é um o mundo vasto e algumas vezes complexo ( mas não é impossível de se entender). Para melhor entendê-lo, vamos começar a abordar sobre a engenharia de perfuração. O que é afinal engenharia de perfuração? Se conseguirmos dar uma resposta a essa pergunta, entenderemos melhor o “mundo” dos perfuradores”. Em seguida falaremos da equipa do perfurador (drilling crew), que representa o coração no mundo da perfuração. Após, veremos de uma forma geral, como é feita a construção de um poço (offshore & onshore); a nossa atenção estará somente virada para o método de perfuração rotativa. Em Seguida falaremos do processo de perfuração ( drilling process) onde veremos de uma forma básica como os vários sistemas de perfuração “trabalham” em conjunto para chegar naquilo que a equipa do perfurador almeja... Para terminar a “nossa” introdução ao mundo dos perfuradores, falaremos da classificação do poço (quanto ao objectivo ou função, trajectória, e quanto ao meio ambiente).
2.2- Engenharia de Perfuração
Engenharia de Perfuração é um ramo da engenharia de petróleo que “desenha” e implementa procedimentos para perfurar um poço de forma segura e economicamente aceitável.
Como podemos ver apartir da definição, para um engenheiro de perfuração o importante não é só a “construção” do poço ( elo de comunicação entre a superfície e reservatório na qual contém os hidrocarbonetos), mas também deve-se ter em conta a segurança e os “valores” económicos que estão incorporados no projecto. Com termo segurança refere-se não só com o “bem estar” do poço, mas também ( e o mais importante) com a vida do pessoal que pode ser de uma forma negativa afectada com a actividade de perfuração ( Não esquecendo é claro o nosso “bom” e “velho” amigo, meio ambiente). Um Doctor (no acto de uma operação por exemplo) se cometer um erro, muitas das vezes este erro apenas afecta negativamente a vida de uma pessoa. O mesmo não se pode dizer quando um engenheiro de perfuração comete um erro ( onde centenas ou milhares de vida são negativamente afectadas). Por isso, é preciso levar muito a sério essa profissão.
2.3- Drilling Crew (Equipa do Perfurador)
Para que seja possível concretizar um poço ( petrolífero) de uma forma segura e económica, é necessário um “elenco” de profissionais cuja as funções diferem-se mas têm um objectivo comum. A esse elenco denomina-se por drilling crew (equipa do perfurador). Este “elenco” é constituido pelo menos por um representante da empresa na qual tem o interesse de construir um poço com a finalidade por exempo de localizar hidrocarbonetos. Os restantes representantes fazem parte da empresa na qual pode ser contratada ( drilling contractor) pela a empresa interessada (oil company) para fazer o trabalho de perfuração. Na maioria da vezes esse elenco é composto pelos
seguintes elementos: Company man, Tool Pusher, Drillers, Derick man, Mud Loggers, Rotary helpers/ floormen.
Tool Pusher : Supervisiona todas as operações de perfuração e é o chefe máximo da empresa prestadora de serviço (serviços de perfuração) na qual onde a actividade de perfuração acontece. Para além de supervisionar, ele tem a função de coordenar os assuntos da sua empresa (prestadora de serviço) com a empresa que precisa dos seus serviços (oil Company).
Company man: É o homem da empresa cujo o interesse está relacionado com a comercialização dos fluidos das rochas. Ele é o responsável máximo de todas as actividades que ocorrem no local onde decorre a perfuração. Tem a função de criar a estratégia de perfuração a ser utilizada pela a empresa prestadora de serviços e ao mesmo tempo fornecer equipamenos e serviços necessários nas actividades existente no local de perfuração.
Driller: Trabalha com as máquinas de perfuração no chão da sonda de perfuração (rig floor), e é o supervisor de todos floormen. Na presença de um problema que pode afectar negativamente a perfuração ( por exemplo entrada indesejada do fluido da formação no poço), ele tem a responsabilidade de activar os dispositivos de segurança (BOP).
Derrick Man: Trabalha numa plataforma (conhecida por monkeyboard) incorporada na torre de perfuração (Derrick) situada aproximadamente 27.4 metros (90 pés) do chão da sonda de perfuração ( rig floor). Eles têm a função de “conduzir” todas as operações que exigem a “manipulação” da coluna de perfuração (drill string) acima do chão da sonda de perfuração.
Mud Loggers: Têm a função de analisar os cascalhos da rocha de forma que essa informação possa ser usada pelo os engenheiros de fluido da perfuração. Tendo os engenheiros em sua posse essa informação, saberão em que “condições” o fluido de perfuração (conhecido também por lama) deve estar para manter a estabilidade do poço...
Rotary helpers/floormen: Auxiliam os Drillers em algumas operações envolvidas na perfuração. Eles também são responsáveis em manter a sonda de perfuração sempre limpa ( incluindo a limpeza dos equipamentos...)
Nota: Para muitos, o pessoal que ajuda os drillers em algumas operações envolvidas na perfuração é conhecido por roughnecks.
as zonas “problemáticas”) utiliza-se um conjunto de tubos de aços conhecidos por “casings”. As funções principais de um casing são as seguintes:
Os casings podem ser: conductor casing/pipe , surface casing , intermediate casing , e production casing ( como podem ser visto na figura 1)
Figura 1: Tipos de casing
Conductor casing/pipe: primeiro “casing” a ser inserido e pode chegar a uma altura de 46 m ( Informações geológicas ou relacionadas a poços perfurados na mesma área , são cruciais para ter- se uma ideia “exacta” sobre a profundidade final dos casing). O casing Isola formações não consolidadas e protege contra gás de pouca profundidade (shallow gas)…
Surface casing : Usa-se para proteger as “águas subterrâneas” (lenções de água), isolar formações não consolidadas, e ao mesmo tempo tem a função de suportar o “BOP” stack ou um “diverter” no
caso de ser necessário de fechar o poço por motivos de segurança. Pode chegar a uma pronfudidade de até 610 m.
Intermediate casing: qualquer casing instalado entre o surface & production casing. Usados em zonas que necessitam ser protegidas devido ao fluido de perfuração de alta densidade ( massa por unidade de volume) que precisa-se para perfurar as zonas subsequentes. Em muitas situações não há necessidade da inserção desse tipo de casing ( por exemplo em reservatórios de hidrocarbonetos de poucas profundidade).
Production casing: Usado para isolar a zona de produção (a zona de interesse). Esse tipo de casing depende muito do critério de “completação” de poço a ser usado. Caso opta-se na inserção do production casing, é preciso ter dados adicionais da formação de interesse para ter-se realmente a certeza de que existe hidrocarbonetos para a comercialização (em quantidades aceitáveis) de forma a evitar-se custos adicionais.
2.5- Processo de Perfuração (método de perfuração rotativa)
Figura 2: Componentes básicos de uma sonda de perfuração
Figure 2 representa alguns componentes básicos de uma sonda de perfuração ( de forma a entender como é feito o processo de perfuração). O processo de perfuração é feito da seguinte maneira:
É conveniente que a pressão da lama seja “ligeiramente” superior que a pressão da formação e menor que a pressão de fractura ( embora em alguns casos opta-se por um método de perfuração na qual a pressão exercida pela a lama é ligeiramente inferior que a pressão de formação). A pressão de formação e pressão de factura são defenidas das seguintes formas:
Pressão de formação é pressão exercida pelos fluidos dentro do espaço vazio de uma rocha sedimentar
pressão de fractura é pressão na qual faz com que o fluido de perfuração invade a formação de uma forma descontrolada
Normalmente, associa-se muito a pressão de formação com a pressão hidrostática. Para cada diferente caso da pressão de formação, existe um nome correspondente que pode ser:
Pressão de formação= pressão hidrostática ( denomina-se pressão de formação normal)
Pressão de formação < pressão hidrostática ( denomina-se under -pressured formation pressure
Pressão de formação > pressão hidrostática ( denomina-se over – pressured formation pressure)
2.5. 1 -Pressão hidrostática
A pressão hidrostática pode ser definida como sendo a pressão que um fluido estático exerce numa deterimanada superfície ou “corpo”. A equação do pressão hidrostática é a seguinte ( na última página do manual contem a derivação da equação):
𝑃ℎ = 𝜌𝑔ℎ , onde
Ph=pressão hidrostática
𝜌= densidade do fluido
h = profundidade
Essa é uma das equações mais importante ( e muita usada) no mundo da perfuração ( especialmente quando o assunto está relacionado com o sitema de controlo do poço)
Nota : Para chegar-se a equação da pressão hidrostática, basea-se no princípio de que pressão= força/Área ( onde a força para o caso em questão está relacionado com o peso do fluido)
2.6- Classificação dos poços de perfuração
Um poço de perfuração é um elo de comunicação entre a superfície e o reservatório. Os poços de perfuração podem ser classificados das seguintes formas:
2.6.1 - Classificação dos poços de perfuração quanto ao objectivo ou função
Quanto ao objectivo ou função os poços podem ser:
2.6.2- Classificação dos poços de perfuração quanto a trajectória
Quanto a trajectória os poços podem ser verticais ou direcionados
Vertical Direcionado
2.7- Derivação da equação da pressão hidrostática
𝑃 = ℎ 𝜌𝑔 onde
A=Área de contacto
g= Aceleração gravitacional
m= Massa do fluido
P= Pressão hidrostática
P’ = Peso do fluido
V= Volume ocupado pelo fluido
𝜌 = densidade do fluido
2.8 Exercícios Sugeridos pelo Professor
1 - Defina Engenharia de Perfuração.
2 - Para um “Engenheiro” de Perfuração o mais importante é a concretização do poço. Essa afirmação é verdadeira ou falsa. Justifica a tua resposta.
3 - Cita pelo menos 2 elementos do “drilling crew” e diz a função de um deles.
4 - Classifique os poços de perfuração.
5 - Classifique os Casings ( tubagem de revestimento).
6 - Tendo em conta a equação da pressão hidrostática (𝑃ℎ = 𝜌𝑔ℎ) responda a seguinte pergunta.
Se 𝜌 1 = 2𝜌 2 , 𝑔 1 = 𝑔 2 = 𝑔, e ℎ 1 = ℎ 22 , então:
a) 𝑃ℎ1 = 2𝑃ℎ2 b) 2𝑃ℎ1 = 2𝑃ℎ2 c) 𝑃ℎ1 = 12 𝑃ℎ2 d) 𝑃ℎ1 = 𝑃ℎ2 e) b & d
7- Tendo em conta a equação da pressão hidrostática (𝑃ℎ = 𝜌𝑔ℎ) responda a seguinte pergunta. Se 𝜌 1 = 2𝜌 2 , 𝑔 1 = 𝑔 2 = 𝑔, e ℎ 1 = 2ℎ 2 , então:
a) 𝑃ℎ1 = 2𝑃ℎ2 b) 2𝑃ℎ1 = 𝑃ℎ2 c) 𝑃ℎ1 = 164 𝑃ℎ2 d) 𝑃ℎ1 = 𝑃ℎ2 e) b & d
8 - Prova que a equação da pressão hidrostática (𝑃ℎ[ (^) 𝑚𝑁 2 ] = 𝜌[𝑚𝑘𝑔 3 ]𝑔[𝑚𝑠 2 ]ℎ[𝑚]) também pode ser
representada da seguinte forma: 𝑃ℎ[𝑏𝑎𝑟] =
𝜌[𝑘𝑔𝑙 ]𝑔[𝑚𝑠 2 ]ℎ[𝑚] 100 (Sabendo que 1bar =100000 pa;
1litro (l)=1000 ml, 1ml = 1cm^3 , e 1m =100 cm ).
9 - Prova que equação da pressão hidrostática (𝑃ℎ = 𝜌𝑔ℎ ), também pode ser expressa da
seguinte forma: 𝑃ℎ [𝑙𝑏𝑓𝑖𝑛 2 ] = 0.052𝜌 [𝑙𝑏𝑚𝑔𝑎𝑙 ] ℎ[𝑓𝑡]^ , onde lbf= libras força, in^2 = polegadas
quadradadas, lbm = libras massas, gal= US galões, e ft = pés.
Dica : g=32.2 ft/s^2 , 1 lbf= 1 lbm x 32.2 ft/s^2 , 1 gal = 231 in^3
10 - Se um fluido (água) encontra-se contida dentro de um cilindro vertical a uma altura de 40 cm, cuja a pressão hidrostática é de 40,6 milibar (mbar), qual deve ser a densidade do fluido em kg/m^3?
11 - Tendo em conta a equação da pressão hidrostática (𝑃ℎ[ 𝑁 𝑚^2 ] = 𝜌[
𝑘𝑔 𝑚^3 ]𝑔[
𝑚 𝑠^2 ]ℎ[𝑚]), prove que as unidades do membro esquerdo ( N/m^2 ) é igual a do membro direito [ (kg/m^3 )(m/s^2 )(m)]
12 - Numa actividade de perfuração em offshore (no mar) o engenheiro de perfuração Nélio Sílvio M. Perreira dos Santos deixa cair no mar o instrumento para medir a densidade da lama ( Mud balance). Precisa-se urgentemente de “calcular” a densidade da lama que encontra-se no mud tank. A engenheira Erivalda do Céu da Silva Piedade teve a “sorte” de fazer registo de dois valores da pressão hidrostática ( em diferentes pontos) no mud tank. Com esses valores, ela foi capaz de produzir o gráfico abaixo. Tendo em conta o gráfico abaixo, calcula o valor da densidade do fluido de perfuração ( dica: 𝑃ℎ[ (^) 𝑚𝑁 2 ] =
𝜌[𝑚𝑘𝑔 3 ]𝑔[𝑚𝑠 2 ]ℎ[𝑚] ... onde g= 10 m/s^2 ).
3. Sondas de perfuração
Sonda de perfuração ou plataforma de perfuração é a estrutura que permite perfurar poços e garantir acesso aos reservatórios, e em alguns casos é também responsável pelo armazenamento dos equipamentos e alojamento do pessoal. Hoje em dia, como a maior parte dos poços são perfurados pelo método rotativo, as sondas de perfuração rotativas são usadas em quase todos os trabalhos de perfuração. Quanto a localização das operações estas sondas podem ser classificadas em dois tipos: sondas terrestres, destinadas às operações onshore e sondas marítimas destinadas às operações offshore. Na figura 7 está ilustrado um esquema de classificação das sondas rotativas.
3.1. Sondas terrestres As principais características do design das plataformas terrestres são a portabilidade e a profundidade máxima de operação (Bourgoyne Jr., Millheim, Chenevert, & Young Jr., 1986). A infraestrutura deste tipo de plataformas é transportada para a locação e montada sobre o solo, posicionada sobre o poço. Uma vez montada e fixada a subestrutura no local, dá-se início ao processo de criação do piso da sonda, que é preparado para receber as outras componentes. Em seguida é instalado sobre o piso o guincho e o seu motor. A secção da torre de perfuração (mastro) é elevada em seguida, com o auxílio do guincho e fixada também sobre a subestrutura. Depois de instalados estes equipamento são montadas e conectadas as restantes estruturas da sonda, geralmente feitas de secções pré-fabricadas. Nos primeiros anos da perfuração os mastros eram construídos próximos do campo de perfuração e em muitos casos eram deixados em cima do poço, mesmo depois deste ter sido completado. Mas, por causa do alto custo de construção, a maior parte das sondas terrestres modernas são construídas 12 e montadas de forma a permitir que o mastro e as várias componentes sejam movidas em unidades e facilmente conectadas. A figura 8 ilustra instalações de uma plataforma terrestre.
O processo de transporte da sonda para a locação escolhida e a sua preparação para perfurar denomina-se por rigging up.
3.2. Sondas marítimas Sondas marítimas são unidades de perfuração especialmente equipadas com tecnologia e material destinado à perfuração no mar. A sua utilização varia principalmente em função da portabilidade, profundidade da lâmina de água operacional e do relevo do solo submarino (Lake, 2006; Bourgoyne Jr., Millheim, Chenevert, & Young Jr., 1986). Devido à acção das ondas, correntes e ventos, as sondas marítimas estão sujeitas a movimentações e por isso possuem sistemas de posicionamento que garantem a sua estabilidade. Uma vez posicionadas, passa-se à fase de preparação dos equipamentos da sonda para se dar início ao poço. Uma das formais mais fáceis de classificar este tipo de sondas é agrupando-as em: plataformas fixas, ou seja, com suporte no fundo do mar, jack ups (porque possuem uma particularidade), e plataformas flutuantes.
