Marques (2004) realizou um estudo experimental no poço-escola da Petrobras, no Centro de Treinamento de Taquipe (BA) para o estudo do comportamento do poço durante situações especiais de controle de poço.
Os dados experimentais foram comparados com os resultados obtidos pelo simulador Unikick®, visando avaliar a capacidade representativa do simulador em um caso real da operação de controle de poço.
As situações especiais estudadas pelo autor no poço-escola foram condição de poço sem coluna, poço com a broca posicionada a meia profundidade e poço com broca no fundo, sendo que as duas primeiras situações foram tratadas para poço em terra e a terceira buscou representar uma condição marítima com lâmina de água profunda (BOP no leito marinho). A comparação que será apresentada a seguir é com relação ao terceiro estudo.
De maneira ilustrativa, o poço-escola pode ser visto de acordo com a Figura 5.1
Figura 5. 1 - Poço-escola da Petrobras em Taquipe-BA. (Avelar,2008)
Os dados do poço-escola do experimento, e utilizados na simulação no Unikick® seguem de acordo com a Tabela 5.1.
Tabela 5. 1 - Dados do poço-escola utilizados no experimento de Marques (2004).
Dados do poço
Comprimento da coluna de perfuração 1240 m
Lâmina d’água 735 m
Diâmetro interno da coluna de perfuração 3,0 in Diâmetro externo da coluna de perfuração 3,5 in
Diâmetro da linha de choke 2,0 in
Diâmetro interno do revestimento 6,18 in
Vazão de líquido na perfuração 0,0 gpm
Vazão de líquido na circulação 42,0 gpm
Rugosidade do tubo 4,6 x 10-5 m
Gradiente geotérmico 0,029 °C/m
Temperatura na superfície 27 °C
Massa molar do gás 28,96 g/mol
Massa específica do fluido 10 lb/gal
Viscosidade do fluido de perfuração 10 cP
SIDPP 190 psi
Volume de detecção 4 bbl
Margem de segurança durante a circulação 80 psi
Em seu trabalho, Marques (2004) usou o fluido de perfuração como sendo apenas água, e o kick como sendo de ar comprimido, injetado numa linha parasita no fundo do poço.
Nos estudos realizados por Marques (2004), o autor testou 4 etapas em seu experimento, que visaram representar uma situação real de kick, divididas em:
1. Perfuração; 2. Kick;
3. Fechamento do poço; 4. Circulação do kick.
Loiola (2015) apresentou em seu trabalho um estudo comparativo de seu simulador de kicks com os dados experimentais de Marques (2004), obtendo bons resultados. Na
comparação, Loiola conseguiu englobar as quatro etapas do trabalho de Marques, devido às características de seu simulador, as quais seguem na tabela 5.2.
Tabela 5. 2 - Características do simulador de Loiola (2015). Cálculo de escoamento transiente pelas equações de continuidade Zona contaminada heterogênea, de acordo com a liberação e reabsorção do gás Há a consideração de diferentes padrões de escoamento de acordo com a fração de vazio
de gás
Perda de carga na região bifásica dada pela correlação de Beggs e Brill (BEGGS e BRILL, 1972)
Acoplamento com reservatório Fluido base água/ kick de ar
Para a comparação do Unikick® com os resultados obtidos por Loiola (2015) e Marques (2004), foram necessárias algumas considerações no Unikick®, devido às premissas em sua modelagem. Sendo assim, na análise do Unikick® foram feitas as seguintes considerações:
1. O simulador é capaz de representar apenas a etapa 4 do experimento de Marques (2004) – circulação do kick - pois o modelo do Unikick® não possui acoplamento com reservatório. Dessa forma, necessitou-se considerar uma vazão de perfuração fictícia de 54 gpm para estimar corretamente o volume e a altura do topo da região bifásica, para posteriormente estimar fração de vazios inicial (vide página 47 da metodologia);
2. O Unikick® não possui especificação para realizar o estudo com kick de ar comprimido, como foi realizado no experimento. Desta forma, considerou-se que o kick tomado foi de gás metano, num fluido de perfuração base água.
Com relação à primeira premissa, ela foi necessária para considerar o efeito de deslizamento do gás no fluido de perfuração parado no poço, uma vez que no experimento de Marques a admissão foi feita sob a condição de fluido parado.
A segunda premissa, apesar da consideração do kick de metano, foi possível estudar a capacidade representativa da simulação do controle de poço, tendo em vista a modelagem do escoamento bifásico.
A partir destas considerações, foram obtidos os resultados para o comportamento da pressão no choke, volume de ganho nos tanques e vazão de líquido na superfície.
A Figura 5.2 apresenta o comportamento obtido para a pressão no choke em função do tempo. Os pontos enumerados 1, 2, 3 e 4 referem-se às quatro etapas estudadas no experimento de Marques (2004) e na simulação de Loiola (2015), como relatado anteriormente. A partir da etapa 4, onde ocorre a circulação do kick, foi possível observar a maior variação da pressão no choke, em função da expansão e deslizamento da fase gasosa no fluido. Nota-se que, mesmo pela consideração do metano na simulação no Unikick®, o comportamento da pressão foi similar.
Figura 5. 2 - Comparativo da pressão no choke obtida pelos simuladores e o trabalho de Marques (2004).
Nota-se que ocorrem oscilações nos instantes iniciais no experimento de Marques (2004), que se devem ao ajuste manual da válvula de choke para manutenção da pressão constante no fundo do poço. Já os simuladores têm como premissa a manutenção da pressão constante no fundo do poço, e assim tendem a apresentar um comportamento mais suave durante a simulação da circulação do kick. No instante t=50 min é possível observar uma variação no comportamento da pressão no experimento de Marques e também no Unikick®, que se deve à ascensão gradativa da base da fase gasosa pelo poço, até a mesma esteja completamente circulada.
Pelo acompanhamento do volume de ganho nos tanques, chamado pitgain pela equipe de poço, é verificado o ganho volumétrico no tanque de retorno do fluido de perfuração em
função da expansão do gás durante sua circulação para fora do poço, como mostra a Figura 5.3. Nota-se que no resultado experimental de Marques (2004) ocorrem oscilações, pois a medição do nível de fluido nos tanques se deve à medição indireta por uma boia presente no tanque, conforme relatado por Loiola (2015).
Figura 5. 3 - Comparativo do volume de ganho obtido pelos simuladores e o trabalho de Marques (2004).
Avaliando o comportamento obtido pelos simuladores, nota-se no Unikick® um ganho inicial de 4 bbl, como sendo de acordo com o dado de entrada do simulador para o volume de detecção do kick. No caso do simulador de Loiola (2015), devido às etapas de detecção e fechamento do poço, é observado um nível de ganho ligeiramente superior ao do Unikick®. Foi feita também uma avaliação da conservação de massa no simulador Unikick®, visando atestar sua capacidade de avaliar um caso real com boa representatividade. A Tabela 5.3 mostra a massa total de gás na entrada e na saída do poço, calculadas com referência à massa específica e volume do gás nas condições de fundo do poço e de superfície. Nota-se uma pequena diferença nos valores, que ocorre devido ao cálculo da massa de gás ser feito em relação à massa específica média nas condições de fundo e de superfície.
Tabela 5. 3 - Comparativo da massa de gás metano na entrada e na saída no Unikick®.
Massa de gás na entrada (kg) Massa de gás na saída (kg) Diferença (%)
Apesar de a análise comparativa ter sido realizada para kicks de gases diferentes, estudando-se o mesmo volume de influxo, o simulador Unikick® foi capaz de representar um caso experimental com qualidade em seus resultados. Isto demonstra a aplicabilidade do simulador como ferramenta em tomada de decisões para situações reais de kick, como também permite validar a modelagem anteriormente apresentada na metodologia para estudos com fluido base água, e prever cenários com fluidos sintéticos.