9 Completacao Inteligente

2 Semestre - 2013

9. Completao Inteligente

Prof. Lus Laranjeira


Introduo Na Completao Inteligente, o poo dotado de equipamentos de instrumentao (sensores, vlvulas e dispositivos) ao longo de sua coluna de produo, o que permite o acompanhamento em tempo real de suas condies de presso, temperatura e vazo, mantendo os dados do reservatrio atualizados. Para a Petrobrs a definio de completao inteligente o mtodo de concluso da perfurao que consiste em dotar o poo com um sistema de monitorao e controle simultneos, remoto ou local, em tempo real, a permitindo atuar em cada zona produtora ou de injeo do poo. (Manuel F. Silva Junior, Hardy L. C. P. Pinto/ Ronaldo G. Izetti, Brazil Oil & Gs 7 edio - 2007)


Um poo inteligente um sistema capaz de coletar, transmitir e analisar dados de completao, produo e reservatrio e tomar aes para melhor controlar os processos de produo e completao a fim de maximizar o valor do ativo (IWE Europe, 2003, BHP Billiton).


Histrico Apesar do sistema de monitorao de fundo de poo ter sido desenvolvido nos anos 60, somente comeou a ser utilizado nos anos 90, pois somente nesta dcada a tecnologia alcanou a confiabilidade aceitvel para ser implantada. No fim dos anos 90 a tecnologia de sensores de fibra tica tornou-se mais confivel e hoje em dia so os mais adotados, principalmente em poos de gs do tipo HP/HT (alta presso e alta temperatura). Em 1997, em Saga Snorre TLP no Mar do Norte (Noruega), foi instalado o primeiro poo com completao inteligente.


A partir de ento, estudos e pesquisas a respeito dessa tecnologia vem ganhando fora e destaque nos centros de pesquisas, universidade e na indstria

Segundo o IBP (Instituto Brasileiro de Petrleo, Gs e Biocombustveis), em 2009 j existiam mais de 200 poos inteligentes em funcionamento no mundo.


Completao Inteligente no Brasil No Brasil, segundo Silva Jr. et al. (2006), a primeira instalao de um poo inteligente da Petrobras ocorreu em agosto de 2003, com um poo injetor submarino no campo de Marlim, a 1185 m de lmina dgua.

Este poo horizontal equipado com duas vlvulas de variao contnua e seus comandos so totalmente eltricos.


Aps o poo em Marlim, foi instalado outro injetor no campo de Roncador, com vlvulas de variao contnua. O poo est distante da plataforma em 14,5 km, alm de estar localizado a uma lmina dgua de 1890 m, o que tornou sua utilizao desafiadora. Este poo possui comando eltrico, para o sistema de monitorao e controle, e fora motriz hidrulica para acionamento das vlvulas. Manifold Roncador, 2000

Petrobrs produziu petrleo a 1.877 metros de profundidade; foi um recorde mundial.


Posteriormente, realizou-se a instalao de um poo produtor no Campo de Bicudo, na Bacia de Campos, com a finalidade de prevenir a produo prematura de gs proveniente da zona superior.

Esse poo possui vlvula hidrulica abre-fecha, trecho horizontal de 1150 m e sensor duplo de presso e temperatura.


Mais recentemente, a Petrobras realizou um teste piloto com poos inteligentes no campo de Carmpolis (UN-SEAL), tendo como objetivo o estudo do conceito de campo inteligente. Este teste conta com sete poos, sendo seis produtores, cada um equipado com trs vlvulas abre-fecha, e um injetor, com trs vlvulas multiposio.

Janeiro 2006 / Petrobras / CP-396 Carmpolis Brasil Caracterticas: Completao Inteligente Tipo de Poo: Produtor Especificaes: 3000psi / 100C Sensores: 4 (GS 7100 - Downhole P&T) Instalao: TRANSELETRON Status: Operacional


Em maro/2012, a Petrobras instalou o primeiro sistema de completao inteligente em um poo no pr-sal, o que permite monitorar, em tempo real, os dados de produo.

A operao foi realizada no sistema de produo do projeto-piloto do campo de Lula, na Bacia de Santos.

Devido ao crescimento do nmero de poos previstos para produzir em mais de uma zona, especialmente no Polo Pr-Sal da Bacia de Santos, a perspectiva de que a Petrobras amplie o uso desses sistemas nos prximos anos.


Aplicabilidade A completao inteligente pode ser utilizada em projetos com objetivos variados, pois, alm de terem o potencial de se adaptar s incertezas presentes no reservatrio, possui tambm a flexibilidade de ser aplicada em reservatrios com alta heterogeneidade.

Seguem alguns exemplos de possveis utilizaes:

Controle da produo de gua ou gs;

Produo por diferentes zonas em reservatrios estratificados;

Produo de campos marginais;

Controle de injeo.


Controle da produo de gua ou gs: Em casos de reservatrios heterogneos pode-se isolar uma zona que est produzindo com alta razo gua/leo.

Alm disso, possvel minimizar efeitos da formao de cones de gua ou de gs, atravs do controle da queda de presso nos segmentos.


Incremento na produo de leo dos poos inteligentes comparados aos convencionais.


Produo por diferentes zonas em reservatrios estratificados: possvel perfurar um poo em diferentes camadas isoladas entre si por camadas de baixa permeabilidade em um reservatrio estratificado.

Assim, pode-se controlar a produo em cada uma dessas camadas de forma independente.

Por exemplo, em casos onde um fraco aqufero no capaz de manter a presso adequadamente, possvel interromper temporariamente a produo em uma zona para que a presso se restabelea e ocorra um consequente aumento na produo.

Com os dados colhidos pelo sistema, torna-se possvel a mudana da zona produtora a partir do controle de vlvulas pr-instaladas, sem a necessidade das onerosas intervenes para esse fim.


Esquema de Completao Inteligente (Mansano, 2004)


Produo de campos marginais:

Mltiplos reservatrios podem ser produzidos por um nico poo ao invs de um poo para cada reservatrio, visando reduzir os custos do projeto.

O campo de Na Kika, no Golfo do Mxico, caracterizado pela existncia de cinco pequenos corpos de reservatrio e pela geologia carbontica, apresentando srios problemas de material no consolidado na formao.

Portanto, o desenvolvimento deste campo no seria economicamente vivel se no fosse pela completao inteligente, j que os poos puderam ser completados em regies de diferentes reservatrios.


Controle de injeo: Pode-se controlar a distribuio da injeo de gua ou gs nas diferentes camadas do reservatrio.

Esta aplicao se torna ainda mais interessante para poos especiais, como poos horizontais de grande extenso ou poos multilaterais.


Nos ltimos anos, diversos estudos tm sido realizados com o intuito de avaliar a importncia do uso de poos inteligentes no cenrio atual e futuro da indstria do petrleo. Acredita-se que sua aplicao torna-se bastante atrativa em modelos bastante heterogneos e tambm em cenrios envolvidos por alto grau de incertezas, pois esses poos tm a flexibilidade de se adaptar s mudanas que essas incertezas podem trazer ao modelo. Segundo estimativas de tcnicos da Shell, um sistema de completao inteligente pode reduzir em at 13% os custos operacionais de um poo, proporcionando ainda, um aumento de 53% do fator de recuperao. Outro ganho seria a reduo de 22% das instalaes de superfcie.


Funcionamento de poos inteligentes

Uma das principais caractersticas de um poo inteligente a flexibilidade operacional.

Isso possvel devido diviso desses poos em segmentos, que so providos de instrumentos (sensores, vlvulas de controle de influxo, entre outros) possibilitando o acesso a informaes de produo e realizao de intervenes, como fechamento total ou parcial de vlvulas, em tempo real.

Esquema de poo inteligente e simulador de reservatrios.

Adaptado de Konopczynski e Tolan (2007)


De acordo com Silva Jr. et al. (2006), so elementos de um poo inteligente: sensores permanentes, packers, vlvulas, unidade de controle remoto, cabos, conectores, penetradores, clamps e sistema de superviso. Os sensores tm papel fundamental em um poo inteligente, pois fornecem os dados da produo em tempo real. Atualmente os sensores so fibra tica, sendo que os de maior relevncia so:

sensor de presso e temperatura (P/T);

sensor de vazo monofsica e multifsica;

sensores distribudos e quase distribudos de temperatura;

acelermetro para ssmica de poo.


Modelo de um poo horizontal inteligente dividido em trs segmentos. Cada segmento contm uma vlvula de controle de fluxo, onde Q1, Q2 e Q3 representam a vazo de entrada do fluxo nos segmentos 1, 2 e 3 respectivamente.


Modelo de um poo multilateral inteligente com as vlvulas de controle de fluxo

localizadas na juno das laterais com o poo.


As vlvulas utilizadas em poos inteligentes podem ser classificadas em trs categorias, de acordo com o tipo de controle de fluxo: abre-fecha, multiposio e variao contnua.


Tambm, podem ser classificadas de acordo com seu modo de acionamento como: hidrulico, eltrico e multiplexado.

Vlvulas de acionamento hidrulico so as mais comuns e mais utilizadas.

O acionamento feito por meio de duas linhas hidrulicas, uma responsvel pela abertura e outra pelo fechamento da vlvula.

J as eltricas tm seu deslocamento realizado pela atuao de motor eltrico.

necessria apenas uma linha de acionamento eltrico para conduzir um sinal que decodificado pelas vlvulas.

Por fim, as vlvulas de acionamento multiplexas tm seu comando feito eletricamente e seu acionamento hidraulicamente.


Estratgia de Produo Para a escolha da estratgia de produo, fundamental a considerao de fatores que influenciam diretamente no resultado do processo e nas tomadas de deciso: Caractersticas do reservatrio: volume e tipo de hidrocarbonetos presentes, dimenses, forma e propriedades da rocha reservatrio, conectividade hidrulica do meio poroso, produtividade / injetividade esperada dos poos, presena de aqufero, incertezas geolgicas etc.; Consideraes tcnicas: lmina dgua, viscosidade do leo, necessidade de recuperao suplementar etc.;


Limitaes tecnolgicas: capacidades de produo e injeo dos poos, eficincia do sistema de elevao, capacidade de tratamento de lquidos na plataforma etc.; Consideraes econmicas: custos de poos e de instalaes, disponibilidade de caixa da empresa, metas de lucratividade, incertezas econmicas etc. Alm dos fatores citados acima, necessrio levar em considerao que o processo de escolha de uma boa estratgia de produo, pode ser invivel ou conduzir a vrias solues equivalentes devido complexidade do problema e interdependncia entre os fatores que definem o desempenho produtivo de um reservatrio.


Schiozer e Mezzomo (2003) e Mezzomo (2005) propuseram um procedimento de otimizao da estratgia de produo. Esse procedimento foi organizado em nove fases: Fase 1 - Seleo do mtodo de recuperao e definio da geometria dos poos: consiste na definio do mtodo de recuperao (injeo de gua, gs, qumica ou trmica) e da geometria e trajetria dos poos (vertical, horizontal, direcional, multilateral). Fase 2 Avaliao dos esquemas de produo/injeo: escolhido um nmero aproximado de produtores e injetores, quantidade melhorada na execuo da Fase 3. Fase 3 Obteno de estimativa ajustada para o nmero de poos.


Fase 4 Definio de parmetros operacionais: utilizada para definir parmetros observando as restries operacionais dos poos que compem cada alternativa disponvel no projeto. Fase 5 Anlise de risco: deve proporcionar uma quantificao adequada dos riscos considerados na elaborao do projeto, de forma a possibilitar a aplicao de uma metodologia de anlise de deciso (Fase 6). Fase 6 Anlise de deciso. As ltimas fases so para o refinamento de parmetros (como comprimento dos poos, espaamento entre completaes, correes nos posicionamentos dos poos, corte de gua etc.) do modelo escolhido na anlise de deciso, objetivando sua melhora.


Normalmente, nestas fases, estudada e alterada somente uma alternativa, especialmente quando o campo j est em produo. Fase 7 Otimizao complementar de parmetros especficos. Fase 8 Otimizao complementar aps fase inicial de operao. Fase 9 Otimizao complementar campos maduros. Os principais parmetros estudados so a influncia da capacidade da plataforma, arranjo dos poos, restries operacionais e estudo de incertezas.


O Futuro Segundo vrios especialistas da rea, estamos vivendo o final da era do petrleo barato, seja por questes comercias, estratgicas ou tecnolgicas. Com o esgotamento natural das reservas onshore e de guas rasas, que demandam sistemas mais simples e consequentemente, investimentos menores, a procura por hidrocarbonetos vai ganhando terreno em direo s guas profundas, ultraprofundas e regies hostis a exemplo do recente interesse internacional por supostas jazidas gigantescas no rtico. Esse cenrio promove a Completao Inteligente de simples ferramenta de otimizao a um dispositivo indispensvel continuidade da atividade de explorao de petrleo.


Um exemplo dessa necessidade vem da descoberta do megacampo de Tupi, na Bacia de Santos, caracterizado por uma lmina d gua mdia de 2.000 m sob a qual encontra-se uma camada de rocha de igual espessura e aps esta, o maior desafio: mais 2.000 m. de camada de sal.


Nas condies de presso e temperatura existentes nessa profundidade, o sal passa a se comportar como um material viscoso, dificultando as operaes de perfurao e completao.

Faz-se necessrio, no entanto, um maior domnio sobre a recente tecnologia, atravs de testes e estudos que resultem num melhor aproveitamento de seu potencial.


Esquema de campo inteligente que pode surgir em um futuro prximo


Primeiro sistema de completao inteligente em larga escala da Petrobras opera com sucesso no pr-sal.

Com especificao tcnica da Petrobras e execuo da empresa Baker Hughes, o sistema foi implantado nos poos do Piloto de Lula RJS-665 e RJS-687 injetores de gs e gua, respectivamente.

A tecnologia, que permite aumentar a produo de petrleo a longo prazo, obtm dados de presso e temperatura em um nmero maior de pontos do reservatrio, favorecendo seu melhor gerenciamento.

TECNOLOGIA PETROBRAS 2012 - Publicado em setembro de 2013, referente ao perodo de 01jan a 31dez12.


Seu acionamento fica mais simples e menos dispendioso.

Essa a primeira implantao bem-sucedida de completao inteligente submarina em larga escala na companhia.

A Petrobras estuda atualmente adotar a tecnologia em mais poos do pr-sal.

O sistema tambm inclui vlvulas de completao inteligente manipulveis remotamente, que isolam diferentes zonas de produo de um mesmo poo.

Em comparao com as vlvulas convencionais, as de completao inteligente no exigem interveno com uso de sonda de perfurao.

Autores consultados:

1. ARAJO JR., Aldayr Dantas de; 2. IZETTI, Ronaldo G.; 3. SILVA, Joo Paulo Quinteiro Gonalves da.


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