Esta seção aborda as considerações e análises desenvolvidas em trabalhos anterio- res que fundamentaram o projeto do protótipo simulador capaz de representar as condi- ções encontradas em poços injetores multizonas reais. Serão apresentados os objetivos da construção do protótipo, o modelo de poço tomado como referência, o comportamento do perfil de temperatura esperado para esse poço, as análises que culminaram definição da estrutura e dimensões do simulador e a estrutura final construção no LAMP.
Partindo do problema do levantamento do perfil de injetividade em poços multizonas, um grupo de pesquisas foi formado no LAMP com o objetivo de estudar metodologias de obtenção da distribuição de vazão em poços a partir do perfil de temperatura que se forma no fluido devido a troca de calor com a formação geológica. As pesquisas iniciaram com desenvolvimento da modelagem matemática, baseado no trabalho de Ramey (1962), que resultaram em trabalhos como o de Reges et al. (2016) e Britto (2016). Paralelamente, foi desenvolvida a ideia de um protótipo físico de poço injetor multizonas. A estrutura deveria simular o comportamento de um poço injetor de água e permitir o monitoramento das variáveis importantes para análise do método em questão. Para isso, a estrutura deveria contar com medição in loco das variáveis através de sensores instalados nos pontos de interesse. Como ponto de partida e restrições iniciais:
• Acesso às zonas de injeção para o posicionamento de medidores de vazão.
• Possibilidade de modificação da distribuição de vazão nas zonas com o objetivo de testar diferentes pontos de operação.
• Devido ao custo elevado do sistema DTS, outro meio de aquisição das temperaturas deveria ser aplicado.
Essas considerações resultaram na conclusão de que a construção de uma estrutura na horizontal seria operacional e economicamente viável. Desse modo, seria possível insta- lação de equipamentos de medição e controle já difundidos na industria, que geralmente necessitam de acesso ao ponto de medição tanto para instalação como para manutenção e operação. Lima (2017) provou em seu trabalho, a partir da análise do balanço de ener- gia em um volume de controle, a validade da metodologia de Ramey (1962) para uma estrutura de poço injetor construído na posição horizontal.
2.7. PROJETO CONCEITUAL DO PROTÓTIPO 17
Na Figura 2.5 está representado um modelo simplificado de poço injetor com duas zonas de transporte e duas zonas de injeção.
Figura 2.5: Modelo de poço injetor multizonas adotado como referência. Fonte: Adaptada de Lima (2017).
As zonas de injeção transferem o fluxo injetado no poço em direção aos reservatórios onde o petróleo encontra-se armazenado. Como discutido na Seção 2.3, quando um poço possui mais de uma zona de injeção (intervalo canhoneado), o poço é classificado como um poço multizonas. Cada intervalo de injeção divide a coluna do poço em regiões, denominadas de zonas de transporte. Na Figura 2.5, as regiões denominadas de “fonte térmica” representam a formação geológica na qual o poço foi perfurado, e é responsável pelo estabelecimento de um perfil de temperatura ao longo da coluna de injeção.
A Figura 2.6 representa o comportamento da vazão total injetada na cabeça do poço ( ˙m0) a medida que percorre a coluna de produção.
A vazão ( ˙m0), é a vazão de referência para o calculo da vazão das demais zonas de transporte e é normalmente obtida através de medidores de fluxo instalados na cabeça do poço. Pela Figura 2.6, é possível concluir que a vazão na primeira zona de transporte ( ˙m1) é igual a vazão de entrada, ou seja: ˙m0= ˙m1. A partir de então, o conhecimento das vazões seguintes depende da determinação da vazão em pelo menos mais um ponto, seja de injeção ou de transporte. Supondo que a vazão na segunda zona de transporte é igual a ˙m2, a vazão na primeira zona de injeção é uma relação das vazões nas duas zonas de transporte, e é dada por: ˙m2− ˙m1. E finalmente, a vazão na segunda zona de injeção deve ser igual à vazão na segunda zona de transporte.
Figura 2.6: Perfis de temperatura de acordo com a vazão injetada. Fonte: Lima (2017).
iguais e maiores que ˙m0, respectivamente. A retas pontilhadas nos gráficos da Figura 2.6 representam o perfil de temperatura geotérmica, enquanto as curvas continuas mostram o comportamento do fluido ao longo da coluna devido a influencia da temperatura da formação.
“A vazão na segunda zona de transporte pode ser inferida a partir do perfil térmico estabelecido no fluido de injeção ao longo da coluna” (Lima 2017). Como ilustrado na Figura 2.6, quando alcançado o regime de equilíbrio térmico, para cada vazão nas zonas de transporte, tem-se um perfil de térmico estabelecido no fluido de injeção.
O poço representado na Figura 2.5 serviu como modelo de referência para a definição das características gerais da completação do poço protótipo. Determinado o coeficiente ke, foi possível concluir que a utilização de uma estrutura física simplificada para o poço implica na mesma estrutura matemática que descreve os fenômenos de transmissão de calor entre a formação e o fluido de injeção em um poço injetor com estruturas tradicionais (coluna, anular, revestimento e cimentação). Logo, foi estabelecido que a completação do protótipo deveria obedecer a estrutura da Figura 2.7.
2.7. PROJETO CONCEITUAL DO PROTÓTIPO 19
Essa estrutura é composta por:
• Coluna de injeção: duto onde percorre o fluido injetado no poço.
• Formação: a coluna de injeção é enterrada em um material com condutividade térmica próxima de um reservatório real.
• Fonte térmica: mecanismo de transferência de calor que mantenha o perfil de tem- peratura desejado na formação que circunda a coluna de injeção.
O perfil geotérmico exemplificado na Figura 2.6 apresenta um comportamento apro- ximadamente linear, em que a temperatura aumenta proporcionalmente à profundidade. Essa curva é similar ao perfil de temperatura geotérmica observado em poços reais e é consequência, segundo Nowak (1953), do contínuo fluxo de calor em direção à superfí- cie a partir do interior da terra. Naturalmente, em um poço construído na horizontal não ocorre o acréscimo natural da temperatura da formação com a profundidade. Portanto, a estrutura tende a permanecer a uma temperatura constante, sob influência da temperatura ambiente. A possibilidade de promover o aquecimento forçado da estrutura para manter um perfil linear se mostrou inviável, pois demandaria uma grande quantidade de energia. Concluiu-se então que seria mais simples trabalhar com o perfil geotérmico do protótipo dado por uma mesma temperatura ao longo da extensão do poço. A aplicabilidade da me- todologia de Ramey (1962) à diferentes perfis de temperatura embasou e viabilizou essa decisão de projeto.
A estrutura, projetada e definida de forma mais detalhada no trabalho de Lima (2017), foi construída de acordo com o espaço disponível na planta do LAMP e seguiu as carac- terísticas e dimensões descritas nas Figuras 2.8 e 2.9 .
Figura 2.9: Vista do topo - ilustração do projeto do protótipo. Fonte: Lima (2017).
A Figura 2.10 é uma imagem real do protótipo construído no LAMP.