Treinamento para Fiscais sobre Colunas de Perfuração

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Seção 7Seção 7Seção 7Seção 7Seção 7Seção 7Seção 7Seção 7
A Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de Perfuração
MóduloMóduloMóduloMóduloMóduloMóduloMóduloMódulo –––––––– 1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração1 : Introdução a Perfuração
A Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de PerfuraçãoA Coluna de Perfuração

7. A Coluna de Perfuração
7.1. Funções da Coluna de Perfuração
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração.
7.3. Tubos de Perfuração
ConteúdoConteúdoConteúdoConteúdo
7.4. Tubos Pesados - HWDP
7.5. Comandos
7.6. BHA’s Direcionais
•3

• Transmitir rotação à broca
• Transmitir e suportar cargas axiais
• Transmitir e suportar cargas de torção
7.1. Funções da Coluna de Perfuração
• Colocar peso sobre a broca para perfurar
• Guiar e controlar a trajetória do poço
• Permitir a circulação de fluidos para limpar o poço e
lubrificar a broca
•4

• “Kelly” ou “Top Drive”
• Tubos de Perfuração
• HWDP
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração
• Comandos
• Outras Ferramentas de Fundo
• Brocas
•5

• Não é propriamente um elemento constituinte da
coluna de perfuração; é o mecanismo que
transmite a rotação.
• “Kelly” ou Sistema “Top Drive”
transmite a rotação.
• Transmite e absorve a torção para/da coluna de
perfuração
• Suporta toda a carga de tensão exercida pela
coluna de perfuração
•6

• Incluem:
Estabilizadores, Subs, Percursores de
Perfuração, Alargadores, Reamers,
Ferramentas Direcionais, etc.
Ferramentas Direcionais, etc.
• Funções diferentes segundo a aplicação
• Sua colocação é crucial para a coluna de
perfuração.
• Introduzem irregularidades e pontos
deficientes na coluna de perfuração.
•7

•8

• Brocas
• Parâmetros de seleção
• Avaliação de desgaste de brocas
• Rendimentos obtidos nos poços vizinhos
•9/143
• Rendimentos obtidos nos poços vizinhos
• Registros geofísicos do poço e poços vizinhos
• Dados sísmicos
• Programas de fabricantes - simuladores
• Propriedades do fluido de perfuração

• Corpo tubular sem costura em aço de alta resistência
• Conexões rosqueadas de fios (de rosca) fortes nos
extremos
• Os tool joints são fabricados independentemente do corpo
• Características
7.3 Tubos de Perfuração
• Os tool joints são fabricados independentemente do corpo
tubular e são soldados ao mesmo pelo processo de arco
elétrico a alta temperatura no forno (“flash welding”)
• São fabricados com diferentes graus de aço para resistir
aos esfroços mecânicos da operação
• Passagem interna recoberta com uma película plástica
para a proteção ao desgaste abrasivo e a corrosão química
• Comprimentos comuns: Range 1 (18’ – 22’) e Range 2 (28’ –
32’)
•10

• Transmite potência rotacional da
superfície até a broca
• Permite a circulação do fluido de
perfuração
• Características
perfuração
• Está sujeita a esforços complexos
• Não se deve girar em compressão ao
se perfurar poços verticais
• Pode operar em compressão em
perfurações direcionais
•11

• Grau do Aço
• Refere-se a “Mínima Resistência ao Escoamento” da liga
de aço com que é fabricado o tubo
• Tal resistência é o ponto na curva de “Esforço Vs.
• Propriedades Mecânicas dos Tubos de Perfuração
Alongamento” na qual a espécie do material sofre uma
deformação permanente, supera o limite elástico e entra
na região plástica até a ruptura.
• É especificada por uma letra e um número. A letra é só de
identificação. O número representa as milhares de libras-
força por polegada quadrada de área seccional (kpsi)
que devem ser aplicadas no tubo para chegar ao ponto
de “escoamento” ou de estiramento permanente
•12

Grau do Aço Mínima Resistência ao Escoamento
D-55 55,000 psi
• Propriedades Mecânicas dos Tubos de Perfuração
E-75 75,000 psi
X-95 95,000 psi
G-105 105,000 psi
S-135 135,000 psi
•13

• Peso dos Tubos de Perfuração
• Peso do tubo com extremos lisos – Se refere ao peso por pé
do corpo do tubo, sem incluir os tool joints.
• Peso nominal – É uma norma obsoleta (Peso de um tubo de
Range I com conexões). No entanto, é utilizada para
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
Range I com conexões). No entanto, é utilizada para
indentificar um grupo de tubos com OD iguais e diferentes
tipos de conexões, que variam em seu peso real (peso de
referência).
• Peso ajustado – O peso de um tubular de Range II de 29.4 ft,
incluindo a massa das conexões, o qual é distribuido ao
longo do mesmo para dar um valor de peso médio por pé
(“peso ajustado” ou “peso aproximado”) que é utilizado para
os cálculos que requerem o peso real dos tubos do poço.
São encontrados nas tabelas do API – RP7G
•14

•Cálculo do “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado”
• O “Peso Nominal” é um número de referência inexato e irreal
• O “Peso Ajustado” inclui a massa metálica no corpo do tubo e
nos tool joints e, por tanto, sempre maior que o peso nominal, ao
incluir:
•15/1
incluir:
• Peso extra dos tool joints e
• Peso dos reforços no ponto de solda das conexões ao
corpo do tubo
• Os reforços por sua vez podem ser de três tipos: Reforço interno
(IU), Reforço Externo (EU) e Reforço Interno e Externo (IEU)
Normalmente este valor NÃO É CALCULADO; é encontrado em
tabelas do fabricante e no API – RP7G

Tubos de Perfuração
Massa metálica
nos tool joints do
tipo EU, IU e EIUtipo EU, IU e EIU
•16

• Cálculo do “Peso Ajustado”ou “Peso Aproximado”
Wt DP Adjust x 29.4 + Wt. Tool Jt Approx
Wt (lb./ft) =
29.4 + L Tool jt. Adj.
•17

• Exemplo – Cálculo do “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado”
Calcular o “peso ajustado” (aproximado) para um tubo de
perfuração de 5”OD, 19.5 lbm/ft, grau X-95, conexão NC50 e
perfuração de 5”OD, 19.5 lbm/ft, grau X-95, conexão NC50 e
tool joints tipo “IEU” (com reforço interno e externo).
Dimensões do tool joint: 6.375”OD x 3.5” ID
•18

• Cálculo do “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Passo 1)
• Da tabela 6 de especificação para tubos de perfuração (API SPEC 5D):
• O peso do reforço no tool joint IEU de 5” 19.5 lbm/ft é 8.6 lbs.
• O diâmetro interno no corpo do tubo, ID é 4.276”
•19

(Dados de Tubo do API RPG7)
•20

(Tabela 7 do API 5D)
•21

Referindo-se a tabela API RP7G, o tool joint NC50, 6.375” OD, 3.5” ID para
um tubo com peso nominal 19.5 lbm/ft está disponível apenas no Grau X-95
(ver colunas 4, 5 e 6 da Tabela).
L = 17”, DTE = 5.125”, D = 6.375”e d = 3.5”
• Cálculo de “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Paso 2)
L = 17”, DTE = 5.125”, D = 6.375”e d = 3.5”
Peso Ajustado aproximado do tool joint:
•22

• Cálculo de “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Paso 3)
O peso ajustado do corpo do tubo com os tool joints será:
Que é o valor indicado na Tabela 9 pag. 14 do API – RP7G
21.12
•23

• Os Tool Joins são reforçados com roscas de fio grosso e pouco cônico,
usinados em forma de pino (macho) e caixa (fêmea) e fixados nos
extremos do tubo através do processo de solda elétrica térmica, já
descrito.
• A geometria dos fios (forma, ângulo entre faces, altura, etc.), a conicidade
• Conexões de Rosca nos Tool Joints
• A geometria dos fios (forma, ângulo entre faces, altura, etc.), a conicidade
e número de fios por polegada , determinam o tipo de rosca que é
denominada por cada fabricante.
• Existe uma ampla variedade de roscas disponíveis para os tool joints do
tubo de perfuração, tais como:
• API Regular, Internal Flush (IF), Extra Hole (XH), Slim Hole (SH), Wide
Open (RWO), PAC, ACME, Etc.
•24

• Sistema porposto pelo IADC para identificar e padronizar os
diferentes tipos de rosca utilizados nas conexões fortes da coluna
de perfuração (“tool joints”), que recebem denominações
arbitrárias do fabricante
• Conexões Numeradas “NC”
• São originadas a partir da medição do diâmetro externo do pino da
conexão, quando a medição é tomada a uma distância de 5/8” a
partir da base (ver figura)
• São consideradas os dois primeiros dígitos de tal medida (sem
considerar o ponto decimal) e é arredondado para dar lugar ao
número que identifica a conexão ou “Conexão Numerada” - NC
•25

É tomada a media do diâmetro do pino a uma distância de 5/8” da base.
• Conexões Numeradas “NC”
•26

Se o diâmetro de passo é 5.0417 polegadas => Esta é uma conexão NC50
Multiplica-se 5.0417 por 10 =>50.417
Seleciona-se os dois primeros dígitos => 50
Por tanto, a conexão numerada será: NC 50
• Conexões Numeradas “NC” - Exemplos
Por tanto, a conexão numerada será: NC 50
Há 17 conexões NC em uso: da NC-10 (1 1/16”) até a NC-77 (7 ¾”)
Exemplos:
NC 50 para tool joint com diâmetro externo de 6 ½” para o DP de 5”,
equivalente a rosca 4 ½ IF
NC46 para tool joint com diâmetro externo de 5-7/8” para o DP de 4 ½”,
equivalente a rosca 4 ½”XH
NC 38 para tool joint com 4 3/4” OD em tubos de perfuração de 3 ½”,
equivalente a rosca 3 ½” IF
•27

Algumas Conexões Equivalentes e Substituíveis:
• Conexões Numeradas “NC” - Exemplos
•28

• Seleção de conexões
• Características para Alívio de Esforços nas Conexões
• Os comandos e outros componentes das ferramentas de
fundo são muito mais rígidos que os tubos de perfuração e
neles, parte dos esforços por flexão são transferidos para as
neles, parte dos esforços por flexão são transferidos para as
conexões.
• Estes esforços podem causar falha por fadiga nas conexões.
• Uma ranhura feita na base do pino (“Relief Groove”) e um
aumento no diâmetro da caixa (“bore back”) reduzem e
dissipam a concentração de esforços na conexão para os
elementos mais rígidos do BHA (DC, Percursores,
Motores…)
•29

• Ranhura de alívio no pino (“Relief Groove”) : alívio de esforços na
conexão
Ranhura de
Ranhura de
Alívio (“Relief
Groove”)
•30

Os efeitos dos esforços flexurais
sobre as conexões podem ser
reduzidos ao adicionar uma
• Ranhura de Alívio (“Relief Groove”) e Aumento da Caixa (“bore back”)
reduzidos ao adicionar uma
“RANHURA PARA O ALÍVIO DE
ESFORÇOS” no PINO
e/ou um
“AUMENTO NO DIÂMETRO
SUPERIOR DA CAIXA”
•31

• Torque de aperto das conexões
• Os tool joints API tem um ponto de escoamento mínimo de
120,000 psi independentemente do grau do tubo (E, X, G, S).
• O API fixa a resistência do torque do tool joint em 80% da
resistência ao torque do tubo: isto equivale a uma razão de
resistência ao torque do tubo: isto equivale a uma razão de
resistência de 0.8.
• O torque para conectar é determinado pelo diâmetro interno do
pino e pelo diâmetro externo da caixa
• O torque de conexão é 60% da capacidade de torque do tool
joint.
• Os valores são obtidos graficamente conhecendo-se ID e OD
•32

• Determinação Gráfica do Torque de Ajuste na Conexão
•33

• Geralemente, são efetuados cálculos de desenho baseados na tensão,
colapso, torção e ruptura
• O fator mais característico é o de TENSÃO que consiste em,
• Determinar:
• Comprimento de cada grau e classe do tubo disponível que
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Comprimento de cada grau e classe do tubo disponível que
pode ser utilizado para alcançar uma dada profundidade;
• Máxima profundidade que pode ser alcançada com os tubos
disponíveis indicando o comprimento de cada seção de tubos
a ser usada, segundo seu grau e condição de desgaste (classe)
• Dados:
• Propriedades físicas e resistência de cada classe e grau dos
tubos disponíveis, margem de sobre tensão permitida, fator de
segurança por tensão, fator de flutuação do fluido,
configuração do BHA e geometria do poço.
•34

• Fatores de Desenho para a Coluna de Perfuração
• Fator de Desenho por Tensão, DFt: Limite de tensão máxima
permissível em qualquer ponto da coluna, respeitando o
valor teórico. Regularmente é eleita DFt = 1.1
• Margem de sobre tensão MOP: Máxima tensão que pode ser
• Margem de sobre tensão MOP: Máxima tensão que pode ser
aplicada em um dado ponto sem alcançar o limite de
escoamento (com o fator DFt = 1.1)
• Excesso de Peso do BHA, DFBHA: Para garantir que ao se
aplicar um determinado peso sobre a broca, durante a
perfuração, o ponto neutro é mantido dentro do BHA e não
deve se deslocar para os tubos. A maioria dos operadores
utilizam DFBHA = 1.15
•35

• Fator de desenho por Torção:
• Não é requerido um fator de desenho como tal
• Os tool joints são apertados até 60% da sua capacidade de
• Os tool joints são apertados até 60% da sua capacidade de
torque
• Resistem até 80% da capacidade de torção do tubo.
• O fator de segurança ja está incluso ao se limitar o aperto.
• Fator de Desenho para Colapso, DFc: O corpo do tubo tem menor
resistência ao colapso, em especial quando está submetido a
torção. Normalmente é usado um fator de desenho para colapso,
DFC entre 1.1 y 1.15
•36

• Fator de Desenho para o ruptura: Normalmente são
considerados rupturas simples sem tolerância a efeitos
axiais por isso não é fixado nenhum fator de segurança
axiais por isso não é fixado nenhum fator de segurança
para o desenho.
• Fator de Desenho Para Flambagem, DFb: É análogo ao
fator para excesso de peso do BHA já discutido (DFBHA)
para poços retos ou ligeiramente inclinados. Seu efeito é
o de extender o BHA. O DFb reduzirá o peso permitido
para perfurar poços altamente inclinados.
•37

O ponto crítico de tensão é a seção de tubos na superfície, que
suporta a carga de toda a coluna de perfuração dentro do poço e
a tensão aplicada pela sonda, para liberá-la em caso de
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
a tensão aplicada pela sonda, para liberá-la em caso de
aprisionamento
•A última seção de tubos em superfície deve:
• Sustentar o peso do BHA
• Sustentar o peso dos tubos acima do BHA até a superfície
• Suportar a “Margem de Sobre Tensão” selecionada (MOP
= “Margin of Over Pull”)
• Não alcançar o ponto de tensão de “Resistência Mínima
ao Escoamento” (“Minimum Yield Strength”)
•38

• O maior tensão (carga de trabalho Pw) sobre
a coluna de perfuração está localizada na
• O maior tensão (carga de trabalho Pw) sobre
a coluna de perfuração está localizada na
seção superior, quando é alcançada a
máxima profundidade perfurada
•39

• Peso Total, Tsurf, suportado pela junta superior dos
tubos de perfuração quando a broca está acima do
fundo.
Onde:
Ldp = Comprimento dos tubos de perfuração (ft)
Wdp = Peso unitário dos tubos de perfuração (lbs/ft)
Ldc = Comprimento dos comandos (ft)
Wdc = Peso unitário dos comandos (lbs/ft)
BF = Fator de flutuação do fluido no poço
•40

• A coluna de perfuração deve ser projetada com o objetivo de
não alcançar o valor da “Mínima Resistência ao Escoamento”
ou “limite elástico” em nenhum de seus pontos, do fundo a
superfície
superfície
• Se ao tensionar os tubos de perfuração for alcançado seu ponto
de escoamento em algum ponto:
• Sofrerá uma deformação total que é a soma das
deformações elástica e plástica (permanente)
• O estiramento permanente permanecerá nos tubos de
perfuração (não desaparecerá ao reduzir a tensão
aplicada)
• Será impossível conservar os tubos retos e com as
capacidades originais de resistência aos esforços•41

• Carga Máxima Permissível para o Desenho:
Para evitar danos por deformação nos tubos de perfuração, o API
Para evitar danos por deformação nos tubos de perfuração, o API
recomenda utilizar uma carga máxima permissível de desenho ( Pa)
Tmax = 0.9 x Tyield ….(2)
Onde,
Tmax = Carga de desenho máxima permissível para tensão (lbs)
Tyield = Resistência mínima ao escoamento (dada pelo API) (lbs)
0.9 = Fator de desenho por tensão ( Recomendado pelo API = 1.1)
•42

• Margin of Over Pull (sobre tensão “MOP”)
A MOP é geralmente selecionada, pelos operadores, entre 50 e
A MOP é geralmente selecionada, pelos operadores, entre 50 e
100 klbs ou é determinado pela diferença entre a carga máxima
de desenho (Tmax) menos a carga total em superfície.
MOP = Tmax – Tsurf ……. (3)
Onde,
Tmax = como foi calculada na fórmula (2) (lbs)
Tsurf = carga total registrada no gancho (lbs)
•43

• Máximo comprimento permissível de tubos
• Combinando as equações (1) e (3) e resolvendo para o
comprimento dos tubos de perfuração (Ldp), obtém-se:
comprimento dos tubos de perfuração (Ldp), obtém-se:
•44

Exemplo:
Tubos de Perfuração de um só Grau e Classe
• Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe)
Tubos de Perfuração de um só Grau e Classe
• Comprimento dos comandos (DC): 600 ft de 150 lb/ft.
• DP de 5”, 19.5 lb/ft Premium G-105 DP com conexões NC50. (Wdp)
= 21.92 lbs/ft (peso aproximado, das tabelas API)
• Margem de Sobre Tensão (MOP): 100,000 lbs (dado)
• Fator de flutuação (BF) : 0.85
Calcular a profundidade máxima a qual se pode perfurar
• Utilizar as tabelas API - RP7G para os valores de Peso Aproximado
(Wdp) e para o Mínimo Ponto de Escoamento.
•45

Solução do exemplo:
O máximo comprimento permissível é calculado com a Eq. (4)
Máximo Profundidade de Perfuração = Ldp + Ldc

Solução do exemplo:
•47/14
Carga de desenho máxima ( Tmax)
Tmax = 0.9 x Mínima Resistência ao Escoamento
Tmax = 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb …(1) (RP7G – T4)

Exercícios Propostos
Uma coluna de perfuração de 600 ft de comandos de 8 ¼“ x
Uma coluna de perfuração de 600 ft de comandos de 8 ¼“ x
2-13/16”, sendo o restante composto por tubos de
perfuração de 5”,19.5 lbm/ft, Grau X-95 com conexões NC50.
Se a Margem de Sobre Tensão requerida é de 100,000 lb e o
peso do fluido no poço é 10 ppg, calcular:
A profundidade máxima que pode ser perfurada quando são
usados (a) tubos de perfuração Novo e (b) tubos de
perfuração Classe Premium.
•48

Paso 1
• Se diferentes classes de tubos de perfuração forem utilizadas, a mais
fraca é colocada no fundo e a mais forte acima, em sequência.
• Máximo comprimento permissível com vários tubos combinados
fraca é colocada no fundo e a mais forte acima, em sequência.
• É calculado o máximo comprimento dos primeiros tubos acima do BHA,
dp1, aplicando-se a equação já discutida:
• Se não é conhecido o comprimento do BHA, Lc, pode-se calcular assim:
Kb é o fator de flutuação; Bitwm é o máximo peso sobre a broca, αααα é o
ângulo do poço e NP é o ponto neutro em %•49

Paso 2
• Os comandos e os tubos de perfuração dp1 atuam no peso que é
suportado para a seção superior, efetivamente.
suportado para a seção superior, efetivamente.
• É calculado o comprimento máximo dos tubos de perfuração dp2
colocados acima dos primeiros, uasando uma Eq. similar:
Paso 3
• Da mesma forma, é calculado o comprimento máximo para a
terceira classe de tubos instalda acima da anterior, usando uma
equação similar, somando Ldp2 x Wdp2 no numerador do segundo
termo•50

Exercício proposto
• Poço 15,000 ft de profundidade
• Poço 15,000 ft de profundidade
• Tubos 1: Grau E-75, 5” OD, 19.5 lb/ft, NC 50, classe “Novo”
• Tubos 2: Grau G-105, 5” OD, 19.5 lb/ft, NC 50, classe “Premium”
• Margem de sobre tensão de 50,000 lbs nos tubos de Grau E
• Comprimento total do BHA = 984 ft, Peso BHA = 101,000 lb
• Peso de fluido: 13.4 ppg.
Calcular :
1. Máximo comprimento dos tubos E que se pode utilizar
2. Comprimento dos tubos G que deve ser utilizado
3. Margem de sobre tensão real para os tubos G e para os tubos E
•51

MOP em um poço desviado
Deve-se considerar sempre a profundidade vertical,
TVD
TVD
Lbha
Ldp • Calcular a TVD para Ldp.
• Calcular o peso do BHA em um poço
inclinado, multiplicando seu peso no ar pelo
cosseno do ângulo:
Peso aplicável = BHA no ar x cos O
•52

MOP em um poço desviado
Comp. TP = 15,000 ft
Peso BHA ar = 80,000 lbs.30º
TVD
Peso BHA ar = 80,000 lbs.
Inclinação = 30º =>
Peso = 80,000 x cos 30º = 69,282 lbs.
TVD dp = 15,000 x cos 30º = 9,959 ft
TVD = 12,000 ft
Lbha
Ldp
30º
•53

• Colapso com Tensão: Esforço Biaxial
• Pressão interna: Resistência à ruptura
• Outras cargas e desenhos a considerar:
• Pressão interna: Resistência à ruptura
• Cargas de flexão: Esforços cíclicos
• Cargas de flambagem
• Cargas de torção: Torque máximo
• Torção com Tensão Simultânea
• Cargas de Impacto
•54

7.4. Tubos Pesados
“Heavy Weight Drill Pipe”, HWDP
•55

• Mesmo diâmetro externo dos tubos de perfuração
convencionais, mas com diâmetro interno reduzido
• Possui reforços de aço externos na metade do corpo tubular
para resistir ao desgaste por abrasão e promover maior rigidez
7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP)
• Características:
para resistir ao desgaste por abrasão e promover maior rigidez
que os DP convencionais.
• É colocado entre os tubos de perfuração e os comandos para
proporcionar uma transição suave entre os “módulos de
seção” dos componentes da coluna de perfuração (reduzir o
momento de inércia).
• Pode operar em compressão e tensão sem risco de danificar as
conexões
•56

• É a transição entre os tubos de perfuração e os
comandos para o balanceio das conexões
• São utilizados também para promover peso sobre a
broca em poços menores que 8 ½”, onde o efeito de
broca em poços menores que 8 ½”, onde o efeito de
flambagem é mínimo.
• Utiliza os mesmos elevadores, cunhas e chaves para
aperto utilizados para o DP convencional.
• Pode ter a superfície acanalada, o que dá maior
flexibilidade e previne as prisões por diferencial de
pressão (“flexiwate”).
•57

• Opções de Seleção
Existem três opções para diferentes aplicações:
• Convencional: corpo liso com reforço central exterior
• Convencional: corpo liso com reforço central exterior
• Espiral: acanalada sem roforços (Flexi-wate)
• Tri-Espiral: lisa com três reforços externos acanalados
(em espiral)
•58

• Opções de Seleção:
Convencional Espiral (“Flexi-Wate”) Tri - Espiral
•59

• Tubos em aço de alta resitência com paredes grossas e
conexões fortes usinadas em seus extremos.
• Fornece peso sobre a broca necessário para perfurar.
• Mantém tensionados os tubos convencionais durante a
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Mantém tensionados os tubos convencionais durante a
perfuração.
• Podem operar em tensão ou compressão sem sofrer danos
nas conexões.
• O Ponto Neutro geralmente se localiza na parte superior
dos comandos (entre 75% 85% do seu comprimento desde
a broca).
• O comprimento e o diâmetro dos DC (Drill Collars) afetam o
grau, o peso e as dimensões dos tubos de perfuração ao
serem utilizados como visto no desenho.
•60

• Tamanho (Diâmetro Externo)
• Peso
• Peso sobre a broca
• Ponto Neutro
• Critérios de Seleção
7.5 Comandos(“Drill Collars”)
• Ponto Neutro
• Flexibilidade ou Rigidez
• Conexões
• Balanceadas
• Resistentes a torção
• Forma externa
• Estabilização
•61

• Selecionar os DC do máximo tamanho que se possa correr no poço em
condições seguras e que se possa recuperar com pescadores externos
• Que proporcionem o peso suficiente para:
• Máximo peso requerido sobre a broca
• Ponto Neutro dentro do BHA (tubos em tensão)
• Ponto Neutro dentro do BHA (tubos em tensão)
• Que tenham “Conexões Balanceadas” (ver mais adiante)
• Razão de Resistência a Flexão “BSR” de 2.5
• Máxima Resistência à torção
• Com a rigidez adequada para evitar flambagem e esforços cíclicos
• Mínimo de subs para evitar falhas potenciais nas conexões (pontos
frágeis ou de concentração de esforços)
• Exterior acanalado para evitar aprisionamento por pressão diferencial
•62

• Uma conexão está balanceada se a “Razão de Resistência a
Flexão”, BSR, é 2.5
• Conexões Balanceadas
•63/14
3
• Quando a BSR é superior a 2.5 a conexão não está
balanceada e tendem a ocorrer falhas nos pinos
• Quando a BSR é inferior a 2.5 também não está balanceada
e são mais suscetíveis as falhas das caixas

Razão de Resitência a
Flexão para as
Conexões
•64

• Razão ou Relação de Resistência a Flexão (BSR)
• É a rigidez relativa da caixa em relação ao pino de uma dada
conexão
•65/14
3
conexão
• Descreve o balanço entre os dois membros de uma conexão
e seu provável comportamento em um ambiente de esforço
cíclico rotacional
• É aplicado tanto nas conexões como nas mudanças de
diâmetro dos componentes da coluna de perfuração

• Razão para a Relação de Resistência a Flexão (BSR)
Onde:
Z = “Módulo da Seção” da caixa
Zbox = “Módulo da Seção” da caixa
Zpin = “Módulo da Seção” do pino
D = Diâmetro externo da caixa (polegadas)
b = Diâmetro da raíz da rosca da caixa ao final do pino
(polegadas)
R = Diâmetro da raíz da rosca do pino a ¾ de polegada
do ombro (polegadas)
d= Diâmetro interno (polegadas)
•66

• Módulo da Seção para os componentes da conexão (Z)
O módulo da seção de um corpo é o ”Momento de Inérica da Área” do corpo
em consideração, dividido pela distância do extremo da forma até o ponto
onde os esforços são zero
•67

• Razão de Rigidez, BSR para as Conexões
Retirado de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1
•68

Exemplo de Valores de BSR para Conexões – API RP7G páginas 39-44
•69

• A experiência de campo tem mostrado que:
ODupr
IDupr
• Razão de Rigidez, BSR para as Transições
· BSR < 5.5 para perfuração normal
· BSR < 3.5 para perfuração severa
As razões de rigidez são calculadas utilizando os
diâmetros externos e internos dos corpos
ODlwr
IDlwr
•70

• Fator de Desenho para ferramenta de fundo = 1.15
• Para assegurar que o Ponto Neutro esteja localizado sempre
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Para assegurar que o Ponto Neutro esteja localizado sempre
no BHA (a 85% do seu comprimento a partir da broca)
Peso requerido de DCs
Peso sobre a broca (WOB)
= 1.15
•71

• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
•72

Paso1. Determinar o fator de flutuação para o peso do fluido de
perfuração que está no poço utilizando a seguinte fórmula
perfuração que está no poço utilizando a seguinte fórmula
BF = 1 – (MW / 65.5)
Onde,
BF = Fator de Flutuação, adimensional
MW = Peso do fluido do poço, em lbs /gal
65.5 = Densidade do aço, lbs/gal
•73

Paso 2. Calcular o comprimento de DCs requerido para alcançar
o peso desejado sobre a broca:
LDC = (1.15) x (WOB) / (BF) x (WDC)
onde,
LDC = Comprimento requerido de DCs
WOB = Peso desejado sobre a broca, lbf (x 1000)
BF = Fator de flutuação, adimensional
WDC = Peso do comando, DC, no ar, lb/ft
1.15 =15% fator de segurança para o Ponto Neutro
O fator de segurança de 1.15 assegura que o ponto neutro
permaneça nos comandos•74

Paso 3. Calcular o comprimento de DCs para poços inclinados
L = L / Cos (φφφφ)
LDCd = LDC / Cos (φφφφ)
Onde: φφφφ = ângulo de inclinação poço
LDCd = comprimento dos DCs para a seção inclinada
LDC = comprimento dos DCs para aplicar o mesmo
WOB em um poço vertical
Em seções horizontais não são usados comandos e a seleção
da ferramenta de fundo se basea na prevenção do flambagem.
Geralmente, os DCs são colocados na parte vertical.
•75

• Exemplo
Determinar a quantidade de comandos (DCs) de 9”OD x 3”ID que
são necessários para exercer um peso sobre a broca de 55,000 lbf e
manter o ponto neutro neles
Outros dados:
• Desvio do poço = 0°
• Densidade do fluido = 12 lbs / gal
• Comprimento das seções de DC = 30 ft
• Peso unitário do DC = 192 lbs / ft
•76

• Solução:
Peso no ar dos DCs = WOB / BF (Fator de Flutuação)
Fator de Flutuação, BF = 1- (12/65.5) = 0.817
Peso no ar dos DCs = 55,000/0.817 = 67,336 lbf
Portanto, o peso no ar requerido dos DCs deverá ser 15% a
mais para assegurar que o NP esteja no BHA
Peso requerido dos DCs = 67,336 x 1.15 = 77,436 lbf
•77

Peso de um DC: 30 ft x192 lbs /ft = 5,760 lbs
• Solução – continuação
Peso de um DC: 30 ft x192 lbs /ft = 5,760 lbs
Quantidade de DCs necessários = 77,416 / 5,760 = 13.54 14
A quantidade de comandos (DC) é aproximado sempre para
cima, portanto é necessário 14 DC.
•78

• Limites de Torque para os comandos
• O torque de operação está limitado pela conexão dos CDs
• Normalmente, o limite de torque é maior para os tubos de
perfuração na parte superior da coluna de perfuração e menor
para os DCs no BHA
para os DCs no BHA
• Se o torque de ajuste na conexão dos DC é maior que o torque de
ajuste na conexão dos tubos de perfuração não haverá problemas
rotineiros.
• O torque do BHA em qualquer ponto não deverá exceder 80% do
torque de ajuste para as conexões no poço. Ele pode sobre apertar
as conexões e ocasionar danos aos selos
• Possibilidade de aumentar o torque nas conexões
• Utilizar as brocas com menor Diâmetro Interno, ID
• Mudar os parâmetros para reduzir o torque no BHA•79

7.6 Projeto Direcional
• Princípios Básicos de Controle Direcional na Perfuração
• Princípio de Fulcrum ou de Pivo – Desenhos da coluna de perfuração
para criar um ponto de apoio que permite o ganho de ângulo na trajetória
do poço a uma taxa de incremento definida.
• Princípio de Estabilização – Desenho da coluna de perfuração rígida e
de múltiplo contato com as paredes do poço para manter o ângulo e ade múltiplo contato com as paredes do poço para manter o ângulo e a
direção do trajetória (Coluna Empacada Estabilizada).
• Princípio do Pêndulo – Desenho da coluna de perfuração com um ponto
de apoio definido que permite reduzir o ângulo da trajetória a uma taxa de
redução definida, a medida que se perfura.
• Coluna de Navegação – Desenho da coluna com motor de fundo
dirigível, que permite mudar a inclinação e a direção para seguir uma
trajetória planificada.
• Perfuração Dirigível Rotacional (Rotary Steerable) – Ferramentas
especiais para navegação no subsolo sem parar a rotação.
•80

• “Fulcrum” ou Pivo: “Near Bit Stabilizer”, NBS.
BHA com um estabilizador próximo à broca e de pleno calibre
(caixa dupla estabilizada ou escariador de rolamentos),
seguido por 40 e 120 ft de comandos antes de colocar o
seguinte estabilizador da coluna, ou ainda sem a colocação
seguinte estabilizador da coluna, ou ainda sem a colocação
deste último
Este tipo de BHA produz um desvio na trajetória do poço, se
forem conservados constantes os demais parâmetros de
perfuração e as condições litológicas
•81

• Efeitos de Pivote nos poços em poços verticais:
A medida que aumenta a distância entre o pivo e o primeiro
estabilizador da coluna, é maior o efeito do incremento angular:
Distância NBS ao Estabilizador de Coluna Desvio esperado
Distância NBS ao Estabilizador de Coluna Desvio esperado
(pés) (grados / 100 pés )
60 1.5° – 2.5°
45 0.5° – 1.5°
30 0.5° – 1.0°
Nota: Em poços de diâmetros menores, utilizando comandos menores, a taxa de
incremento angular será maior.
•82

• Princípio de Estabilização
• Colocação de pelo menos TRÊS PONTOS DE CONTATO da coluna
com as paredes do poço para criar uma trajetória reta (com
ângulo constante)
• O pontos de contato são estabilizadores convenientemente
• O pontos de contato são estabilizadores convenientemente
instalados no BHA que mantém a coluna rígida, perfurando com
ângulo constante (seção tangente)
• Existem muitas opções para o formato das colunas empacadas
ao variar a distância relativa dos estabilizadores e/ou seu
diâmetro em relação a broca (de pleno calibre, FG, ou de baixo
calibre, UG)
•83

• Princípio de Estabilização
Exemplos de Colunas Empacadas ou Estabilizadas:
• BHA Padrão:
• Broca – FG “NBS” – DC curto – FG “SS” – DC normal – FG “SS”
• BHAs Opcionais:
• BHAs Opcionais:
• Broca – FG “NBS” – DC curto – UG “SS” – DC normal – FG “SS” – DC
normal – FG “SS”
• Broca – FG “NBS” – FG “SS” – DC normal – FG “SS” – DC normal – FG
“SS” – DC normal – FG “SS”
FG = Full Gauge; UG = Under Gauge; NBS = Near Bit Stabilizer; SS = String
Stab. DC = Drill Collar; SDC = Short Drill Collar; NMDC = Non Magnetic DC.
•84

• Princípio do Pêndulo:
• Colocação de um ponto de contato da coluna de
perfuração com a parede do poço a uma distância
determinada da broca
• O peso do BHA abaixo do ponto de contato contém um
• O peso do BHA abaixo do ponto de contato contém um
componente que leva a trajetória do poço até a vertical,
como um pêndulo suspenso em uma corda quando se
desloca fora da vertical
• A força restauradora do pêndulo é proporcional ao
comprimento da corda; no caso do poço, ela depende do
comprimento da ferramenta entre a broca e o ponto de
contato
•85

• Princípio do Pêndulo
• O ponto contato é um estabilizador de coluna localizado
a uma dada distância da broca
• O máximo efeito pendular é conseguido com uma
distância de +/- 90 pés
distância de +/- 90 pés
• Pêndulos comuns são conseguidos com o primeiro
estabilizador colocado a 30, 60 ou 90 ft da broca
•86

• Reumo dos BHAs:
• BHA de Pêndulo
• BHA Empacado ou Estabilizado
• BHA de Pivô
• BHA Dirigível ou de Navegação (motor dirigível,
Rotary Steerable)
• BHA Dirigível Rotacional Programado (RSS)
•87

• Ferramentas de Fundo Típicas Para Controle Direcional
•88

• Parâmetros de perfuração Vs. Taxa de construção
Em geral, se os demais parâmetros de perfuração forem mantidos
• Um aumento no peso da broca aumentará uma velocidade de
construção angular
• Um aumento na velocidade da rotação reduzirá a taxa de
• Um aumento na velocidade da rotação reduzirá a taxa de
incremento angular
• Um aumento na vazão da bomba em formações moles
diminuirá a taxa de construção angular devido a tendência a
lavagem por erosão
Assim mesmo, a trajetória do poço tende a ir perpendicular as
camadas de rocha se seu ângulo é menor que 45°. A trajetória irá
paralela aos planos de formação se seu ângulo é maior que 45°
•89

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