Estrutura da Indústria do Petróleo e Gás

Estrutura da Indústria do Petróleo e Gás

Professora Elaine Ribeiro

EMENTA

Noções de exploração e produção de petróleo e gás natural – Parte 2

UPSTREAM BROCAS DE PERFURAÇÃO

BROCAS DE PERFURAÇÃO PERFURAÇÃO

UPSTREAM EXPLOTAÇÃO - PERFURAÇÃO

EXPLOTAÇÃO - PERFURAÇÃO ^CASCALHOS

• Na perfuração de poços de petróleo e gás são gerados fragmentos de rocha, denominados cascalhos, resultantes da desagregação destas.

• Estes cascalhos são carreados até a superfície por um fluido que circula pelo poço, denominado de fluido de perfuração.

Estes cascalhos tornam-se um resíduo pois saem do poço impregnados por esses fluido que contêm aditivos químicos, e em alguns casos são preparados com bases orgânicas.

EXPLORAÇÃO - COMPLETAÇÃO

EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS

APRENDA

INDÚSTRIA PETROLÍFERA

Poço de petróleo Poço é uma perfuração realizada na rocha com o objetivo de extrair o petróleo contido numa acumulação em subsuperfície.

O que é perfuração?

É a atividade que resulta na confecção de um poço, de modo a alcançar uma reserva de produção.

Gás Óleo

Histórico da Perfuração

• Primeiro poço de petróleo – Cel. Drake, Pensilvânia em 1859 – 30 m de profundidade 30 m de profundidade

– produção de 2 m3/dia

– Método percussivo

• Perfuração rotativa – 317 m de profundidade

Histórico da Perfuração

(out/1900 – Jan/1901) – 80.000 bbl de óleo /dia

Spindletop, Pensilvania

2 anos depois = de 400 poços perfurados

Histórico da Perfuração

Unidade de Perfuração

Petróleo no Brasil

- Serviço de Fomento a Produção Mineral

* 1ª descoberta 22/01/1939

* poço 163 Lobato Ba

* poço 163, Lobato - Ba

* 214 m

* Eng. Oscar Cordeiro - Petrobras – Lei 2004 - 03/10/1953

- ANP (Agência Nacional de Petróleo) – Lei 9478 - 06/08/1997

Esquema de uma sonda de perfuração

PRINCIPAIS COMPONENTES DE UMA SONDA:

• Sistema de Sustentação de Cargas

• Sistema de Movimentação de Cargas Si t d R t ã

• Sistema de Rotação

• Sistema de Geração e Transmissão de Energia

• Sistema de Circulação de Fluidos

• Sistema de Segurança de Poço

• Sistema de Monitoramento

Sistema de Sustentação de Cargas - Torre de Perfuração

Sistema de Sustentação de Cargas

• Torre ou Mastro de Perfuração

- Proporcionar altura para movimentar coluna para dentro ou fora do poço Espaço para estaleiramento das seções

- Espaço para estaleiramento das seções

- Espaço para entrada de equipamentos que serão descidos no poço - Conceito de seção (conjunto de tubos – facilitar retirada ou descida da

coluna de perfuração)

- Comprimento usual de um tubo de perfuração = 9,3 m - Seção de 2 tubos ou 3 tubos - Range 2 (ou 2 tubos de 14 m)

Sistema de Movimentação de Cargas

• BLOCO DE COROAMENTO – conjunto de polias fixo em geral de 4 a 6, dispostas em linha, num eixo central

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suportado por mancais de deslizamento que fica apoiado na parte superior do mastro/torre por onde passam os cabos de aço (cabo de perfuração).

• CATARINA – conjunto de polias móvel justapostas num pino central; pela movimentação dos cabos passados entre esta e o bloco, a catarina se movimenta ao longo da torre.

Sistema de Movimentação de Cargas

• GANCHO – elemento de ligação da carga ao sistema de polias (catarina)

Sistema de Movimentação de Cargas

• SWIVEL – elemento que liga as partes girantes às fixas, permitindo livre rotação da coluna; por um tubo na sua lateral (gooseneck) permite a injeção de fluido no interior da coluna de perfuração.

Sistema de Movimentação de Cargas

1) Tambor

–Armazena comprimento de cabo necessário para as manobras

Sistema de Movimentação de Cargas

p p

– Transmite o torque requerido para içar e frear a coluna 2) Freio

– Principal (tipo cinta acionado por fricção - sistema de refrigeração) –Auxiliar

• Hidrodinâmico - água impelida na direção oposta a rotação do tambor

• Eletromagnético (devido a dois campos magnéticos opostos)

Sistema de Movimentação de Cargas

• Swivel

• Kelly e Bucha do kelly

• Mesa Rotativa

• Top drive (opcional ‐substituição do  Kelly bucha e mesa rotativa)

Sistema de Rotação

Kelly, bucha e mesa rotativa)

• Tubos de perfuração (drill pipes)

• Tubos pesados HW (heavy weight drill  pipes)

• Comandos de perfuração (drill collars)

• Brocas

Sistema de Rotação

KELLY Transmite rotação a coluna de perfuração (ligação com a mesa rotativa através da bucha do Kelly)

BUCHA DO KELLY

MESA ROTATIVA Sistema de Rotação

MASTER BUSHING

Kelly, bucha e mesa rotativa

Sistema de Rotação

Swivel (Cabeça de Injeção)

É o equipamento que separa os elementos rotativos dos estacionários na sonda de perfuração A parte superior doswivelnão perfuração. A parte superior doswivelnão gira e sua parte inferior deve permitir a rotação. Desta maneira oswivelpermite a injeção do fluido de perfuração na coluna, em meio à rotação de todo o sistema.

Sistema de Rotação TOP DRIVE

‐PERFURA POR SEÇÃO.

‐MENOR NÚMERO DE  CONEXÕES CONEXÕES.

‐FACILITA A RETIRADA DA  COLUNA COM CIRCULAÇÃO E  ROTAÇÃO.

• Classificação Didática – Brocas

– Elementos Tubulares – Uniões Cônicas – Acessórios da Coluna

Sistema de Rotação (Coluna de Perfuração)

Funções

– Aplicar peso sobre a broca

– Ferramentas de Manuseio

• Composição Sumária – Cabeça de Injeção – Kelly

– Tubos de Perfuração – Tubos Pesados (hevi-wate) – Comandos

– Brocas

– Transmitir rotação à broca – Conduzir o fluido de perfuração

– Manter o poço calibrado – Garantir inclinação e direção

Coluna de Perfuração

Ferramentas de Manuseio da Coluna de Perfuração

Chaves Flutuantes

– Permitem o aperto e desaperto das conexões (torque de trabalho nas conexões)

(torque de trabalho nas conexões)

– Podem ser mecânicas, hidráulicas ou pneumáticas

Cunhas

– Ancorar a coluna na mesa rotativa, permitindo enroscar/desenroscar

Sã d d d d i biá i

Ferramentas de Manuseio da Coluna de Perfuração

– São dotadas de mordentes intercambiáveis

– Existem diferentes tipos para comandos e tubos de perfuração

Ferramentas de Manuseio da Coluna de Perfuração

Chaves Hidráulicas – Enroscamento rápido de tubos Eazy‐Torq (Iron Rough Neck) – Permite desenvolvimento de altos 

valores de torque

– capaz de executar automaticamente os  serviços de plataformistas

• Brocas

Coluna de Perfuração

1) Brocas sem partes móveis

Por não possuírem partes móveis e rolamentos, essas brocas oferecem menor possibilidade de falha. Os principais tipos são:integral de lâminas de aço,diamantes naturaisediamantes artificiais.

a)Broca de lâminas de aço– Também conhecidas comobrocas de rabo de peixeoudraga, têm por característica perfurar por cisalhamento.

Possui orifícios para permitir a passagem do fluido de perfuração, permitindo uma boa limpeza das lâminas. Seu ponto negativo é o baixo período de vida útil.

Coluna de Perfuração (Brocas)

b)Brocas de diamante natural– Esse tipo de broca perfura pelo efeito de esmerilhamento. É em geral usada em formações extremamente duras e abrasivas ou em testemunhagem, operação na qual se perfura apenas uma coroa da formação, preservando a parte interna para estudos.

Durante a perfuração apenas os diamantes fazem contato com a rocha,

fi d t b l d

ficando um pequeno espaço entre a broca e o espaço anular do poço, por onde circula o fluido de perfuração, limpando o fundo e resfriando os diamantes.

c)Brocas de diamante artificial– Também são chamadas debrocas PDC (Polycrystalline Diamond Compact)cuja estrutura de corte é formada por pastilhas ou compactos, montados sobre base cilíndrica, instalado no corpo da broca. Essa pastilha é composta por uma fina camada de partículas de diamantes aglutinados com cobalto, fixada a outra camada composta de carbureto de tungstênio. Seu mecanismo de perfuração é pelo cisalhamento por promover um efeito de cunha

Coluna de Perfuração (Brocas)

pelo cisalhamento, por promover um efeito de cunha.

• As brocas de diamante foram introduzidas para formações com alta taxa de penetração e maior vida útil.

Coluna de Perfuração (Brocas)

• Composto por equipamentos que permitem a circulação e tratamento do fluido de perfuração.

• O sistema produtor desse fluido é conectado aoswivele bombeado através da coluna de perfuração até a broca, retornando pelo

l té fí i d i lh

Sistema de Circulação de Fluídos

espaço anular até a superfície, carreando consigo os cascalhos cortados pela broca.

• Cascalhos, então na superfície, são tratados adequadamente com o objetivo de promover a separação das partes sólidas dos líquidos e o reaproveitamento do fluido de perfuração.

• Processo composto por várias fases: Fase de injeção, fase de retorno e fase de tratamento.

• Fase de injeçãoo fluido de perfuração é succionado do tanque pelas bombas de lama e injetado na coluna de perfuração. Esse fluido passa através da broca e ocupa o espaço anular entre o poço e a coluna. O objetivo de injetar‐se esse fluido no espaço entre o poço e a coluna é para proporcionar um equilíbrio interno de pressões e carrear todo o cascalho cortado pela broca.

Sistema de Circulação de Fluídos

• Fase de retornoinicia‐se nos jatos da broca e termina com a chegada do fluido de perfuração na peneira vibratória, após percorrer o espaço anular entre a coluna de perfuração e a parede do poço.

• Fase de tratamento, também chamada decondicionamento do fluido de perfuração, ocorre na superfície e consiste na eliminação dos sólidos ou gases que se incorporaram a ele durante a perfuração. Nesta fase também pode‐se fazer adição de produtos químicos, se necessário, para ajuste das propriedades do fluido de perfuração.

PERFURAÇÃO

• Necessário instrumentos, inclusive uma coluna de perfuração, que contém tubos de comando que dão rigidez à coluna, tubos pesados que são resistentes a perfuração drill pipes ( tubos de perfuração ) e broca perfuração, drill pipes ( tubos de perfuração ) e broca .

• Utilizados fluidos ou misturas de diversos produtos químicos, gases, para lubrificar a broca para uma perfuração mais célere, também denominado de lama, com o objetivo de limpar o fundo do poço, refrigerar a coluna e exercer uma pressão para estabilizar as paredes do poço.

Sistema de Segurança de Poço

• É constituído dosEquipamentos de Segurança de Cabeça de Poço(ESCP) e de equipamentos complementares que possibilitam o fechamento e controle do poço.

1) Equipamentos de Segurança de Cabeça de Poço (ESCP)– Permitem a ancoragem e vedação da coluna de revestimento na superfície.

2)Blowout Preventer(BOP)– Permite o fechamento do espaço anular e pode ser de dois tipos:preventor anularepreventor de gaveta. O “anular” tem a função de fechar o espaço anular de um poço por meio de pistões que comprimem um elemento de borracha que se ajusta à coluna. Já o “de gaveta”

fecha o espaço anular do poço com pistões hidráulicos que deslocam duas

Sistema de Segurança de Poço

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gavetas, uma contra a outra, transversalmente ao eixo do poço.

• Os preventores são acionados todas as vezes que houver umkick, que é um fluxo indesejável do fluido existente num reservatório, para dentro do poço, durante a fase de perfuração. Se este fluxo não for controlado poderá transformar‐se em umblowout, ou seja, poço fluindo sem controle, podendo causar sérios danos para os equipamentos e para o meio ambiente, além da possibilidade de acidentes pessoais e perda do reservatório.

Sistema de Segurança de Poço

BOP Anular BOP de Gaveta

Sistema de Segurança de Poço

Sistema de Segurança de Poço

• Esse sistema é composto por equipamentos que são utilizados no controle da perfuração, tais como:manômetros,indicador de peso,indicador de torque,tacômetro,medidores de vazão de bombeioetc.

• Com a evolução do processo de perfuração constatou se uma maior

Sistema de Monitoramento

• Com a evolução do processo de perfuração constatou‐se uma maior eficiência quando havia uma perfeita combinação entre os diversos parâmetros da perfuração. Posto isso, surgiu então a necessidade de monitoração e registro desses parâmetros por meio de equipamentos que podem ser classificados em:indicadoreseregistradores.

• Os principais indicadores de uma sonda de perfuração são: o depeso no gancho sobre a broca, o manômetro que indica apressão de bombeio, o torquímetro paratorque na coluna de perfuraçãoe o tacômetro para medir a velocidade da mesa rotativa e da bomba de lama.

O i i l i t d é t t d t ã d b i

Sistema de Monitoramento

• O principal registrador é o que mostra ataxa de penetração da broca, pois serve para avaliar as mudanças das formações perfuradas, o desgaste da broca e a adequação dos parâmetros de perfuração.

• Outro equipamento de fundamental importância é o utilizado paraorientação da broca em relação ao seu objetivo, através do qual é possível alcançar o ponto exato previsto para exploração do reservatório. Esse equipamento é de alta tecnologia e permite o direcionamento do processo de perfuração.

Sistema de Monitoramento

Sistema de Monitoramento

• O objetivo desse produto é garantir uma perfuração rápida e segura. Esse fluido é formado por misturas complexas de sólidos, líquidos, produtos químicos e gases Podem ter diferentes aspectos dependendo do gases. Podem ter diferentes aspectos, dependendo do estado físico dos componentes da mistura.

• Características desejáveis do fluido de perfuração -Ser quimicamente estável

-Estabilizar as paredes do poço, mecânica e quimicamente.

-Facilitar a separação dos cascalhos na superfície

Fluidos de Perfuração

-Manter os sólidos em suspensão quando estiver em repouso

-Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras -Aceitar qualquer tratamento, físico e químico.Aceitar qualquer tratamento, físico e químico.

-Ser bombeável

-Apresentar baixo grau de corrosão e de abrasão em relação à coluna de perfuração e demais equipamentos do sistema de circulação

-Facilitar as interpretações geológicas do material retirado do poço

Fluidos de Perfuração

• Funções básicas do fluido de perfuração -Limpar o fundo do poço dos cascalhos gerados pela broca e transportá-los até a superfície

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-Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de forma a evitar o influxo de fluidos indesejáveis (kick) e estabilizar as paredes do poço.

-Resfriar e lubrificar a coluna de perfuração e a broca

Fluidos de Perfuração

Broca recém retirada do poço ainda sob efeito do fluido de perfuração

• Propriedades do fluido de perfuração

> Densidade– Trata-se de umapropriedade físicaque Fluidos de Perfuração

pode ser controlada por meio de adição de baritina (tornar mais denso), ou água ou óleo (tornar menos denso). A definição da densidade é um elemento de projeto e depende dos objetivos a serem alcançados.

• > Força Gel– Também é umapropriedade física, associada a fluidos tixotrópicos, ou seja, fluidos que adquirem um estado semirígido quando estão em repouso e voltam a adquirir um

Fluidos de Perfuração

estado de fluidez quando são colocados novamente em movimento. O grau de tixotropia de um determinado fluido é a diferença entre a força gel final (resistência do fluido para reiniciar o fluxo, após certo temo em repouso) e a força gel inicial (resistência inicial do fluido para iniciar o fluxo).

> Concentração hidrogênica (pH)– Trata‐se de umapropriedade química.

O objetivo principal do controle do pH é para manter o fluido no

Fluidos de Perfuração

O objetivo principal do controle do pH é para manter o fluido no intervalo alcalino baixo (pH de 7 a 10) a fim de reduzir a taxa de corrosão dos equipamentos.

> Teor de salinidade– Também é umapropriedade químicae tem como objetivos principais identificar o teor salino da água de preparação do fluido, identificar influxos de água salgada, além de identificar eventual perfuração de uma rocha ou domo salino.

• Classificação do fluido de perfuração

Essa classificação é feita em função da sua composição, baseando-se no constituinte principal do fluido Neste critério os fluidos são classificados em:

Fluidos de Perfuração

fluido. Neste critério os fluidos são classificados em:

> Fluidos à base de água– Neste caso a água é o principal componente do fluido, podendo ser doce ou salgada. Sua principal função é prover o meio de dispersão dos produtos aplicados na mistura para confecção do fluido de perfuração.

> Fluidos à base de óleo– Considera-se um fluido à base de óleo quando o dispersante é constituído por um óleo, sendo geralmente um hidrocarboneto líquido. São usados em menor escala que os fluidos à base de água devido ao seu grau de

Fluidos de Perfuração

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poluição e elevado custo. A decisão de aplicá-lo fica restringida à análise de viabilidade econômica.

> Fluidos à base de ar– Esse termo é utilizado quando o ar (ou gás) é aplicado (no todo ou em parte) como fluido circulante na fase rotativa. Recomenda-se sua aplicação em situações onde existem zonas de perda severa devido à baixa pressão das paredes da formação. Usa-se esse tipo de fluido de perfuração quando existe escassez de água ou óleo.

COMPLETAÇÃO DO POÇO COMPLETAÇÃO DO POÇO

• Concluída a perfuração de um poço, é necessário deixá- lo em condições de operar, de forma segura e

ô i d t t d id d ti

econômica, durante toda a sua vida produtiva.

• COMPLETAÇÃO - conjunto de operações destinadas a equipar o poço para produzir óleo, gás ou mesmo injetar fluidos nos reservatórios.

MÉTODOS DE COMPLETAÇÃO

• 1) Quanto ao revestimento

• (a) A poço aberto (b) Liner rasgado (c) Casing canhoneado CANHONEADO

• 2) Quanto a zona exploratórias

• (a) Simples (b) Seletiva (c) Multipla

ETAPAS DE UMA COMPLETAÇÃO

• Etapa consiste em equipar o poço de componentes que permitem o mesmo entrar em produção.

• Completação de um poço de óleo surgente usando se

• Completação de um poço de óleo, surgente, usando-se uma completação simples a poço revestido, é feita na seqüência abaixo, considerando a inexistência de problemas operacionais:

• a) Instalação de Equipamentos de superfície (cabeça de produção, BOP, etc…);

ETAPAS DE UMA COMPLETAÇÃO b) Condicionamento do revestimento de produção;

c) Substituição do fluido do poço ( lama ) por fluido de completação isento de sólidos;

completação, isento de sólidos;

d) Avaliação da qualidade da cimentação com perfis CBL/VDL/CEL/CCL/GR;

e) Canhoneio da Zona de interesse;

f) Avaliação da zona produtora (TFR/TP) g) Descida da cauda de produção com coluna de trabalho;

ETAPAS DE UMA COMPLETAÇÃO h) Descida da coluna de produção até o suspensor de

coluna (MGL / DHSV / TH)

i) Instalação da Arvore de Natal Convencional ou i) Instalação da Arvore de Natal Convencional, ou Molhada;

j) Indução de surgência. Injeção de Gás Lift pelo anular, Injeção de N2 por dentro da coluna de produção (FLEXITUBO), BCS (Bombeio Centrífugo Submerso)

COMPLETAÇÃO CANHONEIO CANHONEIO

Canhoneio

• É uma operação fundamental na completação de poços petrolíferos, tem como objetivo comunicar o reservatório

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ao poço através de cargas explosivas.

ÁRVORE DE NATAL 

UPSTREAM  RISERS

RISERS

• Tubos que fazem a ligação entre os poços de petróleo, no solo marinho, e as plataformas ou navios, na superfície.

E fi i j i à di â i d

• Estruturas ficam continuamente sujeitas às ações dinâmicas de ondas, correntes marítimas e movimento da plataforma, podendo ter o seu comportamento influenciado pelo grande número de solicitações a que são submetidos.

EXPLOTAÇÃO – PRODUÇÃO 

EXPLOTAÇÃO EXPLOTAÇÃO ‐ ONSHORE