Um dos aspectos estudados na modelagem foi a interação entre fluido da formação (gás) e o fluido de perfuração. Como descrito em seções anteriores, devido ao fato do gás se movimentar com uma velocidade maior que a do líquido, o mesmo pode migrar para fora da zona contaminada e atingir a zona de fluido de perfuração virgem e ser ressolubilizado nesta fase, dependendo-se das condições de pressão e temperatura na região.
O caso a seguir aborda esta questão para o caso de um poço marítimo (Figura 5-7) com os dados de entrada constantes na Tabela 5-2:
Pit ga
in
[bbl
]
Figura 5-7 - Esquema do poço utilizado para estudo da ressolubilização 3000 m Poço: 8,75” ID Choke: 3,0” 1000 m Coluna de perfuração: 5,5” OD
Tabela 5-2 – Característica do poço utilizado para estudo a ressolubilização
Características Valor Unidade
Profundidade total 3000 [m]
Comprimento do poço 2000 [m]
Lâmina d’água 1000 [m]
Diâmetro interno da coluna de perfuração 4,5 [in] Diâmetro externo da coluna de perfuração 5,5 [in] Diâmetro da linha de choke 3,0 [in] Diâmetro interno do poço 8,75 [in] Vazão de líquido na perfuração 450 [gpm] Vazão de líquido na circulação 100 [gpm] Rugosidade do tubo 4,6 x 10-5 [m]
Gradiente geotérmico 0,025 [oC/m] Temperatura na superfície 20 [oC] Temperatura no fundo do mar 10 [oC] Massa específica do fluido 10 [ppg] Viscosidade do fluido de perfuração 20 [cP]
SIDPP 450 [psi]
Vazão de gás invasor 8000 scf/min Tempo de exposição ao kick 5 min Passo de espaço na simulação 10 m Passo de tempo na simulação 10 s
Os gráficos a seguir representam a região anular do poço e a linha de choke durante o processo de circulação do kick, em tempos diferentes, a partir do momento em que o topo da zona contaminada atinge seu ponto de saturação, ou seja, o momento onde o gás começa a sair de solução.
O eixo vertical representa a profundidade a partir da superfície (profundidade 0). O poço foi representado até a profundidade de 1400 metros, onde toda a zona contaminada está presente, não sendo necessária a exposição do comportando do fluido virgem abaixo.
O eixo horizontal inferior representa a fração molar de metano solubilizado na zona contaminada (representada pela linha vermelha). O eixo horizontal superior representa a fração
volumétrica de gás ou fração de vazio (representada pela linha azul). A linha verde indica o início da linha de choke, na profundidade de 1000 metros.
A Figura 5-8 representa o instante 0, o instante de saturação do topo da zona contaminada (a aproximadamente. Neste momento, a zona contaminada está inicialmente com aproximadamente 47% em fração molar de metano solubilizado e possui um comprimento de 560 metros. Percebe-se que a zona contaminada invadiu 400 metros a linha de choke.
Figura 5-8 – Instante 0 s: Posição da zona contaminada no instante de primeira liberação de gás
No próximo intervalo de tempo (10 segundos) a primeira parcela de gás livre aparece (Figura 5-9). Pode-se perceber que o topo da zona contaminada teve sua fração molar de metano solubilizado reduzido, como consequência dessa liberação de gás. Além disso, há uma pequena curvatura na linha vermelha logo acima do gás, representado o começo da solubilização.
Linha de choke Fração de vazio
Zona contamina [fração molar de metano]
P
rof
undidade
[m]
Fração de vazio
Figura 5-9 – Instante 10 s: Momento da primeira parcela de gás livre na circulação
A Figura 5-10 representa a mesma circulação 200 segundos após o início da liberação do gás em solução. Neste instante, o gás atingiu o valor de aproximadamente de 35% de fração de vazio.
Figura 5-10 - Instante 200 s: Continuação da liberação do gás.
Percebe-se que, a ressolubilização do gás, associada à alta velocidade que a linha de choke proporciona (devido à pequena área de seção transversal), causa um aumento considerável na zona contaminada que neste momento possui 780 metros de comprimento.
Linha de choke Fração de vazio
Zona contamina [fração molar de metano]
P
rof
undidade
[m]
Fração de vazio do gás
Fração molar de metano solubilizado
Linha de choke Fração de vazio
Zona contamina [fração molar de metano]
P
rof
undidade
[m]
Fração de vazio do gás
Nota-se também pela figura que o ponto de liberação do gás continua acontecendo à 600 metros de profundidade, e o crescimento da parcela de gás livre se deve por sua expansão, pelo gás vindo do escoamento e pelo gás sendo liberado de solução.
Além disso, nota-se que a fração molar de metano solubilizado na zona contaminada, acima do ponto de liberação do gás se reduz, estando em condição saturada em contato com gás livre.
Outro ponto importante é a redução brusca na fração de vazio do gás no topo da zona contaminada. O líquido virgem, capaz de ressolubilizar o gás que migra para fora da zona contaminada, impede o deslizamento livre do gás, impedindo o crescimento da coluna de gás livre.
A Figura 5-11 representa o momento em que a zona contaminada e o gás livre atingem a superfície (380 segundos). Neste momento, a zona contaminada já ocupa toda a linha de choke e seu comprimento de aproximadamente 1040 metros, enquanto a coluna de gás livre irá se manter em 600 metros.
Figura 5-11 - Instante 380 s: Início da produção da zona contaminada
Nota-se também que o gás chega de forma súbita à superfície, acompanhando a zona contaminada, com fração de vazio na ordem de 50%. O líquido, devido à pressão no choke, ainda possui gás em solução quando chega à superfície, contendo aproximadamente 30% de metano solubilizado. Este gás será liberado apenas no separador quando a mistura é levada à pressão ambiente.
Linha de choke Fração de vazio
Zona contamina [fração molar de metano]
P
rof
undidade
[m]
Fração de vazio do gás
No instante 830 segundos (Figura 5-12), a base da zona contaminada chega ao ponto de saturação. A partir deste momento, o ponto de liberação do gás será empurrado para cima devido à circulação, acompanhando a base da zona contaminada. Com a elevação do ponto de liberação, há o aumento da liberação de gás pela zona contaminada, o que acelera a produção de gás. Percebe-se que o perfil de gás livre teve pouca mudança.
Figura 5-12 - Instante 830 s: Base da zona contaminada chega ao ponto de saturação
Em um dos momentos finais da produção (momento 1050 segundos na Figura 5-13), o gás atinge aproximadamente 65% de fração de vazio devido à elevação do ponto de saturação e realimentação de gás vindo de solução. O líquido continua sendo produzido com parcelas de metano solubilizado. Este padrão irá se manter até a total eliminação da zona contaminada.
Linha de choke Fração de vazio
Zona contamina [fração molar de metano]
P
rof
undidade
[m]
Fração de vazio do gás
Figura 5-13 - Momento 1050 s: Maior fração de vazio de gás