5.1. PRISÃO DE COLUNA
A prisão de coluna pode acontecer devido a vários motivos, como desmoronamento das
paredes do poço, problemas com chavetas, fechamento do poço por inchamento de argilas e por
altas diferenças de pressão. Nesse trabalho será detalhada a prisão de coluna por diferencial de
pressão.
Durante as operações de perfuração, um tubo é considerado preso se ele não pode ser
libertado ou puxado para fora do poço, sem prejudicar o tubo e sem exceder a máxima carga de
gancho (hook load) da sonda de perfuração (MITCHELL, 2006).
A prisão de tubos por diferença de pressão ocorre, geralmente, em uma parada (para
manobras e/ou conexões) e uma porção da coluna de perfuração se encontra em frente a uma
formação permeável, normalmente arenitos em que se formam rebocos nas paredes do poço
correspondentes à filtração do fluido de perfuração e resultando na deposição de sólidos do
mesmo. Se a pressão do fluido de perfuração, P
m, que age na parede externa do tubo, é maior
que a pressão fluido-formação, P
ff, que geralmente é o caso, então o tubo pode ficar preso e
quando isso ocorre, o tubo é dito preso diferencialmente, o que é representado na figura 25
(CHIPINDU, 2010).
A diferença de pressão agindo na porção do drillpipe que está cravado no reboco pode
ser expressada por:
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Figura 25: Prisão de coluna por diferencial de pressão.
FONTE: MITCHELL (2006).
Esse fenômeno é mais comum nos comandos, pois sua área de contato com as paredes
do poço é maior e também sua rigidez, fazendo com que a pressão do fluido de perfuração sobre
os mesmos seja maior e portanto a fixação na parede do poço seja maior. (COSENDEY, 2011).
De acordo com a figura 26 é perceptível que com o passar do tempo, o reboco vai
aumentando sua área de contato com os tubos, e com isso a prisão vai se tornando cada vez
mais forte.
Figura 26: Mecanismo de Prisão Diferencial.
FONTE: TAVARES (2006).
Alguns fatores podem indicar que a prisão por diferença de pressão está acontecendo no
momento da perfuração de zonas permeáveis. Por exemplo, o aumento no torque e no arraste,
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incapacidade de se rotacionar a coluna de perfuração e a circulação ininterrupta de fluido de
perfuração (MITCHELL, 2006).
Esse problema, que de acordo com Rabelo (2008) representa 75% dos problemas
encontrados durante a perfuração de um poço, talvez não possa ser totalmente prevenido, porém
existem precauções que podem ser tomadas para ajudar a evitar a prisão de tubos. Manter a
coluna rotacionando o máximo de tempo possível, evitar perda de circulação para formações
permeáveis, utilizar comandos espiralados e selecionar o fluido de perfuração de forma que
produza rebocos com baixos coeficientes de fricção são algumas dessas medidas de precaução
(MITCHELL, 2006).
5.2. PERDA DE CIRCULAÇÃO
Perda de circulação é definida como um fluxo total ou parcial do fluido de perfuração,
de forma descontrolada para a formação. Na perda de circulação parcial, o fluido continua a
circular para a superfície com perca para a formação, contudo na perda de circulação total, o
fluxo do fluido penetra na formação e não chega à superfície.
Esse problema é causado por alguns motivos, como a presença de formações com
fraturas inerentes ou induzidas, formações cavernosas, ou de altas permeabilidades. Porém para
que aconteça a penetração do fluido nesses tipos de formação, a pressão exercida nas paredes
do poço tem que ser maior que a pressão de poros dessa formação.
A perda de circulação parcial faz com que o nível de fluido de perfuração dentro do
poço diminua. Se esse nível não for rapidamente recuperado, as formações mais próximas da
superfície ficarão sem o suporte proporcionado pela pressão hidrostática do fluido de
perfuração, o que pode causar desmoronamento do poço. A redução da pressão hidrostática
também pode provocar o influxo de fluidos da formação para o poço (TAVARES, 2006).
Prevenir completamente a perda de circulação é praticamente impossível, porque
algumas formações tais como as fraturadas naturalmente, cavernosas, ou de altas
permeabilidades não são evitáveis se o reservatório não estiver sido alcançado. Porém, limitar
a perda de circulação é possível se certas precauções forem tomadas, especialmente as
associadas com fraturas induzidas. Essas precauções integram limpeza de poço adequada,
fixação de revestimentos para proteção de formações mais fracas numa zona de transição, e
atualização da pressão de poros e de fratura para melhor precisão no momento de controlar o
peso do fluido. Quando o risco de perda de circulação existe, o peso do fluido tem que ser o
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menor possível, por outro lado é necessário que seja grande o suficiente para evitar que o poço
entre em um kick (MITCHELL, 2011).
Quando a perda de circulação ocorre de modo que a perfuração do poço fica prejudicada,
a vedação da zona de perda é necessária. Nos casos mais severos, a melhor medida a ser tomada
é a instalação do revestimento na área em que o fluido está penetrando, porém em situações
menos prejudiciais, tampões de cimento também podem solucionar o problema.
De acordo com Neto et al (2015), a maioria dos poços exploratórios marítimos
perfurados no Brasil tem profundidade média de 5500m a 7000m e as características geológicas
de alguns desses poços apresentam falhas, fraturas naturais, zonas de alta permeabilidade e/ou
alta porosidade, de modo que em média um terço desses poços sofrem perda total de circulação.
Isso aumenta bastante os gastos na perfuração de um poço, podendo representar até 10% dos
gastos de toda uma perfuração.
A figura 27 mostra quatro tipos de perda de circulação, zonas marcadas com a letra A
representam zonas permeáveis, zonas marcadas com a letra B representam cavernas, zonas
marcadas com a letra C representam fraturas naturais, e zonas marcadas com a letra D
representam fraturas induzidas.
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Figura 27: Tipos de perda de circulação.
FONTE: MITCHELL (2011).
5.3. DESMORONAMENTO DE POÇO
Desmoronamento é um problema no qual as paredes do poço se desagregam, por falta
de coesão da formação. Sua causa principal é o fato de a pressão no interior do poço não ser
suficiente para sustentar a pressão da formação. Os cascalhos caem no interior do poço e podem
causar alguns problemas, como a prisão da coluna (CHIPINDU, 2010).
A ocorrência de desmoronamento é maior quando se perfura formações que não são
bem consolidadas e também formações fraturadas naturalmente. Na perfuração dessas
formações, se a pressão hidrostática no interior do poço for um pouco menor que a pressão da
formação, o desmoronamento acontece com muita facilidade (RABELO, 2008).
A ação mecânica da coluna de perfuração sobre as paredes do poço e a vazão de bombeio
de fluido de perfuração muito alta, também podem ser causas de desmoronamento.
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Os efeitos causados por esse problema enfrentado durante a perfuração, podem ser a
geração de cavernas nas paredes do poço, prisão da coluna de perfuração, e o excesso de
cascalhos no fundo do poço.
Na figura 28, são apresentados dois exemplos de desmoronamento de poço. O primeiro
mostra um desmoronamento causado pela insuficiência da pressão hidrostática e o segundo
mostra uma formação que não estava bem consolidada.
Figura 28: Exemplos de desmoronamento de poço.
FONTE: TAVARES (2006).
5.4. FALHAS NO DRILL PIPE
O problema de falhas no tubo de perfuração está ligado diretamente com o capítulo
anterior deste trabalho, que explica um pouco dos esforços que atuam em uma coluna de
perfuração.
As falhas no drillpipe podem acontecer por várias formas, tendo como exemplo torque
excessivo, falha causada por tensão excessiva, ruptura ou colapso causado por excessiva
pressão interna ou externa, respectivamente (MITCHELL, 2006).
A tensão excessiva, pode ser causada por tração e compressão. O local da coluna que
sofre mais tração é o tubo de perfuração mais próximo da superfície, que suporta o peso de
todos os tubos abaixo dele. O ponto de mais compressão é o último tubo da coluna, geralmente
é um comando anterior à broca. Em ambos os casos é importante lembrar que a coluna de
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perfuração está imersa em um fluido, e portanto esse fluido gera um empuxo, ou seja uma força
de sentido de baixo para cima. Com isso é necessário levar em conta esse empuxo em todos os
cálculos, de modo que o peso da coluna após levar em conta o empuxo, é chamado de peso
flutuado.
O momento de maior risco de falha por tensão excessiva, é na operação de pescaria.
Uma coluna presa por exemplo, é puxada com uma força muito grande para a tentativa de soltar
a mesma. A intensidade da força com que se puxa a coluna é de acordo com a resistência do
material dos tubos e ainda levando em conta um fator de segurança, mas ainda assim a falha
dos tubos pode acontecer pois cada poço tem sua particularidade e o desgaste dos tubos é
diferente para cada perfuração.
As falhas por torque excessivo, podem ser causadas pela vibração torcional citada no
capítulo 4, e são mais comuns na perfuração direcional. O torque é um parâmetro muito
importante na perfuração e a intensidade do torque sobre a broca é acompanhada com atenção
pelos profissionais que trabalham durante uma perfuração de um poço. Essas falhas ocorrem
com mais frequência nas conexões entre comandos e tubos de perfuração pesados.
Falhas de tubos por pressão interna ou pressão externa (colapso) são mais difíceis de
acontecer, porém o risco existe e os tubos são feitos de modo a suportar esses esforços. No
capítulo 4 esses esforços foram citados e é possível notar que em ambos o cálculo da resistência
dos tubos é bem preciso e leva em consideração bastantes fatores inclusive um fator de
segurança.
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No documento
COLUNA DE PERFURAÇÃO EM POÇOS DE PETRÓLEO
(páginas 43-50)