Direc Ional
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Luiz Alberto S. Rocha, Ph.D.
Aspectos Gerais Relativos à Perfuração Direcional
Luiz Alberto Santos Rocha, Ph.D.Engenheiro de Petróleo
Rio de Janeiro, Junho de 2000
Luiz Alberto S. Rocha, Ph.D.
Definições• Um poço é caracterizado como
direcional quando a linha vertical passando pelo objetivo (target) esta localizada a uma certa distância horizontal da cabeça do poço. Esta distância horizontal é chamada de afastamento.
• O caminho percorrido pela broca partindo da cabeça do poço até atingir o objetivo (ou o final do poço) é chamado de trajetória direcional.
• A distância vertical passando através da cabeça do poço e qualquer ponto do poço é chamada profundidade vertical enquanto a distância percorrida pela broca para atingir esta profundidade é chamada de profundidade medida.
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Definições• KOP - O kickoff point (KOP) é o começo
da build section, build up.
• Build é a seção onde o ganho de ângulo ocorre. Normalmente isto ocorre a uma taxa de ganho de ângulo constante chamada de buildup rate (BUR) a qual é expressa em graus/30m (ou graus/100 ft).
• O final do build up é chamado de EOB (end-of-build) e acontece quando um determinado ângulo é atingido.
• Tangent section ou Slant Section é a seção onde o ângulo do é mantido até atingir o objetivo.
• A inclinação do poço é sempre em relação a vertical.
• O azimuth exprime a direção do poço com relação ao norte verdadeiro quando rebatido no plano horizontal.
metrosR
mgrausBURR
BUR
=
=
=
)10/(
2
3600
π
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Trajetória do Poço
• Alguns Importantes Fatores:
– Fraturamento hidráulico, gravel pack, formações fracas podem limitar a inclinação do poço.
– Reservatórios com muitas camadas podem exigir poços inclinados ao invés de horizontais.
– A existência de falhas ou a direção do reservatório podem afetar a trajetória do poço.
– Formações rasas e inconsolidadas dificultam o ganho de ângulo resultando num aprofundamento do KOP.
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Tipos de Poços Direcionais
• Quanto ao Build-Rate
– Raio Longo
– Raio Médio
– Raio Curto
• Quanto ao Afastamento
– Convencional
– ERD (Extended Reach Well)
– S-ERD (Severe Extended Reach Well)
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Classificação Quanto ao Raio
Classificação BuildRate
(o/100 ft)
Raio(ft)
Longo 2 - 8 2865-716
Médio 8 - 30 716-191
Intermediário 30 - 60 191-95
Curto 50 - 200 95-28
metrosR
ftgraus
oumgrausBUR
RBUR
=
=
=
)100/(
)10/(
2
3600
π
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O Raio Depende do Diâmetro da Coluna
Raio Médio
Diâmetro(in)
BUR(0/ft)
Raio(ft)
6 – 6 3/4" 12 - 25 478 - 229
8 1/2" 10 - 18 573 - 318
12 1/4" 8 - 14 716 - 409
Raio Curto
Diâmetro(in)
BUR(0 /ft)
Raio(ft)
8 1/2" 48 - 88 120 - 65
6" – 6 3/4" 57 - 115 100 - 50
4 3/4" 64 - 143 90 - 40
3 3/4" 72 - 191 80 - 30
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Classificação Quanto ao Afastamento
Tipo de Poço TVD / Afast.
Convencional 2
ERW 2-3
S-ERW >3
TVD = Total Vertical DepthERW = Extended Reach WellS-ERW = Severe Extended Reach WellAfast. = Afastamento (Departure)
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Aplicações de Poços Direcionais para a
Exploração
• Objetivos afastados– Algumas vezes o posicionamento da plataforma sobre o objetivo não
é possível ou a falta de uma plataforma apropriada requer a utilização
de poços direcionais.
• Retorno a um poço por razões geológicas– Muitas vezes um objetivo não foi atingido durante a perfuração de
uma poço devido a presença de uma falha ou erro de interpretação da
estrutura geológica. Neste caso, uma parte do poço original é aproveitada se utilizando poços direcionais para se atingir o novo
objetivo.
• Exploração Complementar– Algumas vezes um plataforma existente é utilizada para explorar
novos horizontes através do uso de poços direcionais.
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Poços Direcionais para a Exploração
Dificuldade para instalação da
sonda diretamente sobre o Alvo (Target)
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Poços Direcionais para a Exploração
O poço original foi abandonado e um Side Track foi realizado de
modo a se atingir o novo objetivo
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Poços Direcionais para a Exploração
Exemplos de utilização de poços direcionais em campanha exploratória
complementar. Acima é mostrado um poço
direcional perfurado de uma estrutura
(plataforma) existente. Abaixo um poço
direcional é usado para delimitar a fronteira de
um reservatório.
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Poços Direcionais para a Explotação
Utilização de Clusters• Redução de investimentos pela
utilização de sondas de perfuração colocadas em plataformas fixas mais baratas.
Cluster
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Poços Direcionais para a Explotação
Utilização de Clusters• Otimização do
cronograma
pela possibilidade se perfurar poços direcionais enquanto a plataforma final é construída.
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Aplicações de Poços Direcionais para a
Explotação
Utilização de Clusters• A diminuição da
poluição e do barulho pode ser obtida pela utilização de poços direcionais agrupados em clusters.
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Aplicações de Poços Direcionais para a
Explotação
Poços Direcionais para Resolver Problemas
Específicos• Perfuração no topo de
reservatórios altamente fraturados
como uma alternativa para retardar a
produção de água.
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Aplicações Especiais de Poços Direcionais
Poços Geotérmicos• Perfuração direcionais
para injeção de água frio em reservatórios geotérmicos.
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Aplicações Especiais de Poços Direcionais
Combate à Blowouts• Perfuração de alívio
para controlar blowouts. Esta aplicação tende a crescer pois é praticamente o único método de combate a blowouts em poços offshore.
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Poços
Direcionais para Otimizar
Layouts
Aplicações Especiais de Poços Direcionais
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Recomendações para Projetos de Poços
Direcionais
• Dados Básicos para Poços Exploratórios
– Dados relativos a poços exploratórios: seção geológica, pressões esperadas, objetivos, fluidos, etc.
– Dados relativos a trajetória direcional: afastamento, profundidade vertical do objetivo, azimute.
– Dados relativos ao programa exploratório: testemunhagem, testes, perfilagem, etc.
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Recomendações para Projetos de Poços
Direcionais
• Dados Básicos para Poços de Desenvolvimento
– Espaçamento entre os poços.
– Seção geológica, tipos de fluidos a serem produzidos, pressões esperadas, contato óleo-água.
– Tipo de completação (tubo rasgado, tela, gravel, etc.)
– Número total de poços, possibilidade de se perfurar e produzir simultaneamente, etc.
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Recomendações Relativas a Trajetória
• Poços Exploratórios
– Observações gerais: Procurar simplificar o projeto reduzindo perfilagens e testes. Procurar perfurar e revestir o poço o mais rápido possível.
– Objetivo: Tentar maximizar o raio de tolerância.
– Perfil da Trajetória: Simplificar e evitar o uso de trajetória do tipo “S”.
– KOP: Evitar colocar o KOP em zonas difíceis de se perfurar.
– BUR: Tentar limitar em 3 graus/100 ft.
– Máxima inclinação: Tentar não exceder 45 graus.
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Recomendações Relativas a Trajetória
• Poços Explotatórios (Desenvolvimento)
– Observações gerais: A trajetória deve levar em conta tipo de completação e equipamentos a serem descidos.
– Objetivo: Tentar maximizar o raio de tolerância.
– Perfil da Trajetória: Simplificar quando possível,
porém será função de vários fatores que incluem posicionamento da cabeça do poço e direção dos objetivos.
– BUR: Tentar limitar em 3 graus/100 ft, porém valores mais altas poderão ser necessários.
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Recomendações Relativas a Trajetória
Algumas vezes operações mais complexas tipo gravel
pack exigem que a inclinação do poço junto ao objetivo seja limitada a um certo ângulo. Neste caso, a utilização de trajetória tipo
“S” pode ser necessária.
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Algumas Recomendações Relativas a Coluna de Perfuração• Coluna deve estar sempre em excelente
condições para que se evite pescarias. Lembrar que em poços direcionais o desgaste da coluna tende a ser grande.
• Heavyweight Drill Pipes são recomendados entre Drill Collars e Drill Pipes de modo a reduzir a rigidez da coluna. Além disso eles podem ser utilizados para dar peso sobre a broca.
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Algumas Recomendações Relativas a Coluna de Perfuração• A composição do BHA (Bottom Hole
Assembly) deve levar em consideração vários fatores que incluem: peso sobre a broca, tendências de ganho de ângulo da formação, desgaste dos estabilizadores, ângulo do poço, diâmetros dos componentes da coluna, função da coluna, etc.
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Algumas Recomendações Relativas a Coluna de Perfuração• Exemplos da Composições de Fundo
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Algumas Recomendações Relativas a Coluna de Perfuração• Exemplos da Composições de Fundo
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Algumas Recomendações Relativas a Coluna de Perfuração• Exemplos de Composições de Fundo
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Algumas Recomendações Relativas a Coluna de Perfuração
• Geosteering
Conjunto de sensores e
instrumentos localizados na coluna e perto da broca que permitem um controle muito maior do poço. Neste caso, não se trata sómente de cumprir uma trajetória mas sim estar dentro da melhor parte do reservatório. O termo usado é “navegar” dentro do reservatório.
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Recomendações para Aumentar o Afastamento
Condutor Inclinado: Utilizado para poços offshore com
objetivos rasos (400 a 2000 metros de profundidade) e
laminas d’água pequena (30 a 50 metros). Neste método o condutor é inclinado (30 graus) através de uma sonda inclinada (Slant Rig). O KOP portanto é posicionado
em um trecho já inclinado, permitindo um aumento
substancial do afastamento do poço.
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Recomendações para Aumentar o Afastamento
Condutor Inclinado: Utilizado para poços offshore com objetivos
rasos (400 a 2000 metros de profundidade) e laminas d’água
maiores (acima de 50 metros). Neste método o condutor é curvado
atingindo um ângulo de 20 graus no fundo do mar e 30 graus na sapata.
A sonda e cabeça utilizadas são convencionais. A experiência tem mostrado que as dificuldades de
cravação deste condutor são semelhantes a de um condutor reto.
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Equipamentos de Registros Direcionais
• Single Shot
• Giroscópio Single Shot
• Multishot Magnético
• Steerable
• MWD
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Equipamentos de Registros Direcionais
• Equipamento Magnético de Medição Simples (Single Shot)
- Composto de uma bússola magnética, clinômetro e uma
câmara fotográfica.
- Fotos tomadas dentro de um comando (drill collar) não magnético (monel)
- A direção dos registros deverá ser corrigida da declinação do local.
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Equipamentos de Registros Direcionais
• Equipamento Giroscópico de Registro Simples (Giroscópio Single Shot)
- Composto de uma bússola giroscópica, clinômetro e uma
câmara fotográfica.
- Não é afetado pelo campo magnético ou materiais metálicos
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Equipamentos de Registros Direcionais
• Equipamento Giroscópico e Magnéticos de Registro Múltiplo (Multi Giro e Magnético Multishot)
- Composto de uma bússola giroscópica ou magnética,
clinômetro e uma câmara fotográfica descida com filme de rolo que permite vários registros direcionais a cada corrida.
- Utilizados após o término da perfuração de cada fase com a finalidade se obter a trajetória com maior precisão.
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Equipamentos de Registros Direcionais
• Equipamento de Medição Contínua a Cabo (Steering Toll)
- Composto de um sensor magnético (ou giroscópico) de
direção e um sensor gravitacional de inclinação (PROBE), cujos dados são transmitidos para a superfície através de um
cabo elétrico.
- Específico para ser utilizado com motor de fundo, fornecendo a cada instante a direção e inclinação do poço.
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Equipamentos de Registros Direcionais
• Equipamento de Medição Contínua Sem Cabo (Measure While Drilling - MWD)
- Similar ao Steering Tool, com a diferença que a
transmissão de dados é feita de forma de pulsos de pressão emitidos através da lama no interior da coluna, captados e
transmitidos na superfície.
- Pode ser utilizado com motor de fundo ou perfuração rotativa.
- Registros bastante acurados.
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Métodos de Calculo da Trajetória
• Tangente
• Ângulo Médio
• Raio de Curvatura
• Curvatura Mínima (não será comentado)
Hipótese: O segmento AB é calculado assumindo que o ponto A (inclinação I1 e azimute A1) é conhecido e o ponto
“B” deve ser posicionado.
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Métodos de Calculo da Trajetória
• Método da Tangente– “L” distancia perfurada.
– Segmento AB é aproximada por AB` paralelo a tangente no
ponto B.
– O ponto “B” é calculado com
base na inclinação e no azimute
medidos no ponto “B”.
– Erro é muito grande.
– Método pouco usado.
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Métodos de Calculo da Trajetória
• Método da Ângulo Médio
– “L” distancia perfurada
– Inclinação e azimute no ponto “B” é igual a média da
inclinações e azimutes em “A” e “B”.
– As projeções dos pontos “A” e “B” são calculadas como as
projeções obtidas dos ângulos
médios das inclinações e dos azimutes.
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Métodos de Calculo da Trajetória
• Raio de Curvatura– “L” distancia perfurada.
– A distância perfurada é tratada como como uma curva inscrita sobre uma
superfície cilíndrica com eixo vertical.
– A projeção vertical e horizontal de cada ponto são assumidas como sendo
arcos de círculos cujos raios serão
função da taxa de ganho de ângulo e da taxa de varianção do azimute.
– Este método, os dois apresentados e o
Mínimo Raio de Curvatura fornecem
valores muito próximos.
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Poços Direcionais Especiais
• Design Wells
– São poços
que não ficam contidos em um único plano vertical
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Topicos
• Objetivo do ERW Wytch Farm
– Meio Ambiente
– Concepções de Desenvolvimento
• Analises Prévias
• Equipe de Trabalho
• Perfil do Poço
• Fatores Importantes
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Objetivos do ERW de Wytch Farm
• Local Turístico de Proteção Ambiental
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Time de Trabalho
• Engenheiros
– Reservatório
– Poço
• Geólogos
• Companhias de Serviço
• Turma da Sonda
• Outros
Cooperação
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Aspectos Relacionados ao Projeto Técnico
• Perfil do Poço (Trajetória Direcional)
Side Track
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Aspectos Relacionados ao Projeto Técnico
Fatores que Afetam a Trajetória Direcional
Fluido de PerfuraçãoHidráulica
Torque e Drag
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Aspectos Relacionados ao Projeto Técnico• GeoSteering Assembly
Side Track