Os resultados apresentados a seguir foram comparados com o trabalho de Marques (2004). Os dados provenientes do poço-escola da Petrobras, no Centro de Treinamento de Taquipe (BA) (Figura 5-1) para o estudo do comportamento do poço durante situações especiais de controle de poço, foram comparados com os resultados do modelo computacionais desenvolvido. As situações especiais estudadas no poço-escola foram as seguintes: i) poço sem coluna, ii) poço com broca posicionada a meia profundidade, iii) poço com broca no fundo, sendo que as duas primeiras situações foram tratadas para poço em terra e a terceira (objeto da comparação), correspondente a uma emulação de condição marítima com lâmina de água profunda (BOP no leito marinho).
Figura 5-1 - Poço escola da Petrobrás em Taquipe – BA (Avelar, 2008)
A Figura 5-2 apresenta o esquema do poço com a malha utilizada no modelo.
Figura 5-2 - Esquema do poço com configuração submarina (Avelar, et al, 2009)
Tabela 5-1 - Dados do poço experimental e simulados
Características Valor Unidade
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 poço 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 [oC/m]
Temperatura na superfície 27 [oC] Massa molar do gás 28,96 [g/mol] Massa específica do fluido 10 [ppg] Viscosidade do fluido de perfuração 10 [cP]
SIDPP 190 [psi]
Volume de detecção 4 [bbl]
Margem de segurança durante a circulação 80 [psi]
As etapas do experimento foram organizadas nas mesmas condições explicadas, no capítulo anterior:
1. Perfuração 2. Kick
3. Fechamento 4. Circulação
Na etapa 1 deste experimento, o poço estava aberto e sem circulação do fluido base água. A etapa 2 teve início quando ar comprimido foi injetado no fundo do poço através de uma linha parasita. A Figura 5-3 mostra o gráfico da vazão de gás de entrada no fundo do poço. A vazão de gás foi controlada manualmente na superfície de forma a manter uma pressão de injeção constante, simulando assim o comportamento de um reservatório produtor. Pode-se perceber a oscilação na vazão para manutenção desta pressão.
Figura 5-3 - Vazão de gás de entrada no fundo do poço
No simulador, esta entrada de gás foi representada pelo acoplamento a um reservatório hipotético. Para escolha das características do reservatório, foram feitos testes no simulador, alterando suas propriedades (diâmetro, permeabilidade e espessura), de forma a se reproduzir a curva mais próxima ao experimento (em amplitude e inclinação). O reservatório final utilizado possui: diâmetro de 1000 metros, permeabilidade de 150 mD e espessura de 0,075 metros.
Nota-se na Figura 5-3 a correspondência entre a injeção do simulador com a injeção no experimento.
No final da etapa 2, ocorre a detecção do kick e a etapa de fechamento (3) tem início. Esta detecção foi feita na superfície, monitorando os níveis nos tanques de fluido. Foi considerado um limite de 4 bbl de ganho. No experimento, a vazão de gás injetado continua a ser controlada manualmente, mantendo a pressão de injeção constante, simulando o efeito de reservatório produtor. Com o aumento da pressão interna no espaço anular, esta vazão foi gradativamente sendo diminuída pelo operador até o fechamento total.
Para o simulador, quando o volume de 4 bbl foi atingido, foi aplicada as condições de contorno relativas ao procedimento de fechamento (Vazão de saída igual a zero) representando o fechamento do BOP, mantendo-se apenas a vazão de gás invasor no fundo do poço. Esta entrada contínua de gás faz com que a pressão no espaço anular se eleve até se igualar à pressão do reservatório. Pela equação de vazão de gás do capítulo anterior (equação 4-19), o diferencial de pressão se torna zero, e o kick é controlado.
Va zã o d e gá s [s cf/mi n] Tempo [min]
Na etapa 4 (circulação), a pressão no fundo do poço foi controlada e mantida igual à pressão da formação mais um adicional de segurança. Essa manutenção da pressão um pouco acima da pressão de formação evita a ocorrência de novos kicks em uma condição real de perfuração. O valor zero de vazão de gás invasor a partir da etapa 4 na Figura 5-3 mostrado tanto pela simulação, quanto pelo experimento representa esta contenção de novos kicks.
A Figura 5-4 apresenta o comportamento da pressão no fundo do poço, durante as quatro etapas de representação do processo físico. A pressão de fundo (profundidade de 1240 metros) entre as etapas1 e 2 é constante e igual à pressão hidrostática do fluido de perfuração (𝜌𝑙 = 8,5 ppg.), o que está de acordo com o início do poço amortecido.
Figura 5-4 – Pressão no fundo do poço
Ao final da etapa 2, quando o gás começa a entrar no fundo do poço, percebe-se a queda desta pressão, decorrente da entrada de um fluido menos denso e menos viscoso no espaço anular.
O processo de fechamento da válvula de choke presente na superfície ocorre bruscamente no tempo 3 dos gráficos. Com o poço fechado, a pressão no fundo aumenta até que ocorra a equalização da mesma com a pressão de injeção do gás (intervalo 3 - 4), cessando a entrada de gás no tempo 4.
A circulação (etapa 4) foi feita de forma a garantir a pressão constante no fundo do poço com 80 psi acima da pressão de injeção de gás (2000 psi). As oscilações observadas na
Figura 5-4 são decorrentes do controle manual da vazão de saída. Na simulação computacional, adotou-se uma condição de contorno de pressão no fundo do poço igual a 2080 psi.
P
re
ssão
[psi]
O comportamento da pressão no choke (estrangulador localizado na linha de retorno do fluido de perfuração, na superfície) é mostrado na Figura 5-5. Até o início da etapa 3, o poço está aberto, sendo a pressão na superfície (usualmente denominada, pressão no choke) igual à atmosférica. No intervalo de tempo entre os pontos 3 e 4, ocorre o crescimento desta pressão, até sua estabilização (denominada, Shut In Casing ou Choke Pressure - SICP).
Figura 5-5 - Pressão na válvula de choke
Durante a circulação (a partir do tempo 4), a pressão na válvula do choke tem sua maior variação, durante todo processo. O crescimento de pressão observado a partir dos 30 minutos, representa a entrada de gás na linha de choke (diâmetro de 2 polegadas e comprimento de.735 metros), que é preenchida rapidamente devido à brusca redução de área de seção transversal de fluxo (do espaço anular de 20,4 pol2, para a linha de choke de 3,14 pol2). O valor máximo desta pressão é alcançado quando o gás atinge a superfície, ou seja, quando o volume de gás atinge seu valor máximo e, consequentemente, maior é a contrapressão requerida na superfície (choke) para manutenção da pressão de fundo de poço constante.
A Figura 5-5, juntamente com o gráfico de pressão no espaço anular frente à sapata do último revestimento são extremamente importantes no tocante à "resistência do poço" e prevenção de um possível blowout.
A Figura 5-6 apresenta o comportamento do ganho volumétrico no tanque de retorno do fluido de perfuração, denominado pit gain, decorrente do processo de expansão do gás durante sua circulação para fora do poço. A medição experimental é feita através do nível de fluido nos tanques de lama por uma boia, o que pode justificar as oscilações presentes no
P
re
ssão [
psi]
experimento. Observa-se que inicialmente não há alteração de nível, porém com a entrada do gás e sua expansão controlada, este nível aumenta até o gás atingir a superfície. A partir deste ponto, o gás é expelido do poço e o nível no tanque cai ao seu valor inicial, ou seja, pit gain nulo.
Figura 5-6 - Pit gain
É importante observar a analogia entre as Figura 5-5 e Figura 5-6 que, normalmente são analisadas simultaneamente pelo engenheiro de perfuração, durante o procedimento de controle.