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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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• “Kelly” ou “Top Drive”
• Tubos de Perfuração
• HWDP
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração
• Comandos
• Outras Ferramentas de Fundo
• Brocas
•5
7. A Coluna de Perfuração
• Não é propriamente um elemento constituinte da
coluna de perfuração; é o mecanismo que
transmite a rotação.
• “Kelly” ou Sistema “Top Drive”
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• Incluem:
Estabilizadores, Subs, Percursores de
Perfuração, Alargadores, Reamers,
Ferramentas Direcionais, etc.
• Outras Ferramentas de Fundo
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração
• Outras Ferramentas de Fundo
•8
7. A Coluna de Perfuração
• Brocas
• Parâmetros de seleção
• Avaliação de desgaste de brocas
• Rendimentos obtidos nos poços vizinhos
7.2. Componentes da Coluna de Perfuração
•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
7. A Coluna 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
7. A Coluna de Perfuração
• Transmite potência rotacional da
superfície até a broca
• Permite a circulação do fluido de
perfuração
• Características
7.3 Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 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
7. A Coluna de Perfuração
Grau do Aço Mínima Resistência ao Escoamento
D-55 55,000 psi
• Propriedades Mecânicas dos Tubos de Perfuração
7.3 Tubos de Perfuração
E-75 75,000 psi
X-95 95,000 psi
G-105 105,000 psi
S-135 135,000 psi
•13
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 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
7. A Coluna de Perfuração
•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:
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
•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
7. A Coluna de Perfuração
Tubos de Perfuração
Massa metálica
nos tool joints do
tipo EU, IU e EIUtipo EU, IU e EIU
•16
7. A Coluna de Perfuração
• 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.
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
•17
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• Cálculo do “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Passo 1)
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
(Dados de Tubo do API RPG7)
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
•20
7. A Coluna de Perfuração
(Tabela 7 do API 5D)
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
•21
7. A Coluna de Perfuração
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)
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
L = 17”, DTE = 5.125”, D = 6.375”e d = 3.5”
Peso Ajustado aproximado do tool joint:
•22
7. A Coluna de Perfuração
• Cálculo de “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Paso 3)
7.3 Tubos de Perfuração
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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”
7.3 Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
É tomada a media do diâmetro do pino a uma distância de 5/8” da base.
• Conexões Numeradas “NC”
7.3 Tubos de Perfuração
•26
7. A Coluna de Perfuração
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
7.3 Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
Algumas Conexões Equivalentes e Substituíveis:
• Conexões Numeradas “NC” - Exemplos
7.3 Tubos de Perfuração
•28
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• Ranhura de alívio no pino (“Relief Groove”) : alívio de esforços na
conexão
Ranhura de
• Seleção de conexões
7.3 Tubos de Perfuração
Ranhura de
Alívio (“Relief
Groove”)
•30
7. A Coluna de Perfuração
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”)
• Seleção de conexões
7.3 Tubos de Perfuração
reduzidos ao adicionar uma
“RANHURA PARA O ALÍVIO DE
ESFORÇOS” no PINO
e/ou um
“AUMENTO NO DIÂMETRO
SUPERIOR DA CAIXA”
•31
7. A Coluna de Perfuração
• 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
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
7.3 Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• Determinação Gráfica do Torque de Ajuste na Conexão
• Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração
7.3 Tubos de Perfuração
•33
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
• Fatores de Desenho para a Coluna de Perfuração
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
• Fatores de Desenho para a Coluna de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
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
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• O maior tensão (carga de trabalho Pw) sobre
a coluna de perfuração está localizada na
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• Peso Total, Tsurf, suportado pela junta superior dos
tubos de perfuração quando a broca está acima do
fundo.
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• Carga Máxima Permissível para o Desenho:
Para evitar danos por deformação nos tubos de perfuração, o API
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• Margin of Over Pull (sobre tensão “MOP”)
A MOP é geralmente selecionada, pelos operadores, entre 50 e
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
• Máximo comprimento permissível de tubos
• Combinando as equações (1) e (3) e resolvendo para o
comprimento dos tubos de perfuração (Ldp), obtém-se:
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
comprimento dos tubos de perfuração (Ldp), obtém-se:
•44
7. A Coluna de Perfuração
Exemplo:
Tubos de Perfuração de um só Grau e Classe
• Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe)
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
7.3 Tubos de Perfuração
• Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe)
Solução do exemplo:
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
O máximo comprimento permissível é calculado com a Eq. (4)
Máximo Profundidade de Perfuração = Ldp + Ldc
7. A Coluna de Perfuração
7.3 Tubos de Perfuração
• Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe)
Solução do exemplo:
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
•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)
7. A Coluna de Perfuração
Exercícios Propostos
Uma coluna de perfuração de 600 ft de comandos de 8 ¼“ x
7.3 Tubos de Perfuração
• Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe)
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
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
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
Paso 2
• Os comandos e os tubos de perfuração dp1 atuam no peso que é
suportado para a seção superior, efetivamente.
• Máximo comprimento permissível com vários tubos combinados
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
Exercício proposto
• Poço 15,000 ft de profundidade
• Máximo comprimento permissível com vários tubos combinados
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
• 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
7. A Coluna de Perfuração
MOP em um poço desviado
Deve-se considerar sempre a profundidade vertical,
TVD
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
MOP em um poço desviado
Comp. TP = 15,000 ft
Peso BHA ar = 80,000 lbs.30º
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP
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
7. A Coluna de Perfuração
• Colapso com Tensão: Esforço Biaxial
• Pressão interna: Resistência à ruptura
• Outras cargas e desenhos a considerar:
7.3 Tubos de Perfuração
• Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração
• 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. A Coluna de Perfuração
7.4. Tubos Pesados
“Heavy Weight Drill Pipe”, HWDP
•55
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
• Características:
7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP)
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
7. A Coluna de Perfuração
• Opções de Seleção
Existem três opções para diferentes aplicações:
• Convencional: corpo liso com reforço central exterior
• Características:
7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP)
• Convencional: corpo liso com reforço central exterior
• Espiral: acanalada sem roforços (Flexi-wate)
• Tri-Espiral: lisa com três reforços externos acanalados
(em espiral)
•58
7. A Coluna de Perfuração
• Opções de Seleção:
7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP)
Convencional Espiral (“Flexi-Wate”) Tri - Espiral
•59
7. A Coluna de Perfuração
• 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”)
• Características:
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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)
• Critérios de Seleção
7.5 Comandos(“Drill Collars”)
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• Uma conexão está balanceada se a “Razão de Resistência a
Flexão”, BSR, é 2.5
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos(“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
•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
7. A Coluna de Perfuração
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
Razão de Resitência a
Flexão para as
Conexões
•64
7. A Coluna de Perfuração
• Razão ou Relação de Resistência a Flexão (BSR)
• É a rigidez relativa da caixa em relação ao pino de uma dada
conexão
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
•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
7. A Coluna de Perfuração
• Razão para a Relação de Resistência a Flexão (BSR)
Onde:
Z = “Módulo da Seção” da caixa
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
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
7. A Coluna de Perfuração
• Módulo da Seção para os componentes da conexão (Z)
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
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
7. A Coluna de Perfuração
• Razão de Rigidez, BSR para as Conexões
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
Retirado de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1
•68
7. A Coluna de Perfuração
Exemplo de Valores de BSR para Conexões – API RP7G páginas 39-44
•69
7. A Coluna de Perfuração
• A experiência de campo tem mostrado que:
ODupr
IDupr
• Razão de Rigidez, BSR para as Transições
• Conexões Balanceadas
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
· 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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”
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
•72
7. A Coluna de Perfuração
Paso1. Determinar o fator de flutuação para o peso do fluido de
perfuração que está no poço utilizando a seguinte fórmula
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
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
7. A Coluna de Perfuração
Paso 2. Calcular o comprimento de DCs requerido para alcançar
o peso desejado sobre a broca:
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
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
7. A Coluna de Perfuração
Paso 3. Calcular o comprimento de DCs para poços inclinados
L = L / Cos (φφφφ)
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
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
7. A Coluna de Perfuração
• Exemplo
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
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
7. A Coluna de Perfuração
• Solução:
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
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
7. A Coluna de Perfuração
Peso de um DC: 30 ft x192 lbs /ft = 5,760 lbs
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
• Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB”
• Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs)
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.5 Comandos (“Drill Collars”)
• Critérios de Seleção
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. A Coluna de Perfuração
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
7. A Coluna de Perfuração
• “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
7.6 Projeto Direcional
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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.6 Projeto Direcional
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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.6 Projeto Direcional
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• Princípio de Estabilização
Exemplos de Colunas Empacadas ou Estabilizadas:
• BHA Padrão:
• Broca – FG “NBS” – DC curto – FG “SS” – DC normal – FG “SS”
• BHAs Opcionais:
7.6 Projeto Direcional
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.6 Projeto Direcional
• 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
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.6 Projeto Direcional
distância de +/- 90 pés
• Pêndulos comuns são conseguidos com o primeiro
estabilizador colocado a 30, 60 ou 90 ft da broca
•86
7. A Coluna de Perfuração
• Reumo dos BHAs:
• BHA de Pêndulo
• BHA Empacado ou Estabilizado
7.6 Projeto Direcional
• BHA de Pivô
• BHA Dirigível ou de Navegação (motor dirigível,
Rotary Steerable)
• BHA Dirigível Rotacional Programado (RSS)
•87
7. A Coluna de Perfuração
• Ferramentas de Fundo Típicas Para Controle Direcional
7.6 Projeto Direcional
•88
7. A Coluna de Perfuração
• 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
7.6 Projeto Direcional
• 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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  • 3. 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
  • 4. 7. A Coluna de Perfuração • 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
  • 5. 7. A Coluna de Perfuração • “Kelly” ou “Top Drive” • Tubos de Perfuração • HWDP 7.2. Componentes da Coluna de Perfuração • Comandos • Outras Ferramentas de Fundo • Brocas •5
  • 6. 7. A Coluna de Perfuração • Não é propriamente um elemento constituinte da coluna de perfuração; é o mecanismo que transmite a rotação. • “Kelly” ou Sistema “Top Drive” 7.2. Componentes da Coluna de Perfuração 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
  • 7. 7. A Coluna de Perfuração • Incluem: Estabilizadores, Subs, Percursores de Perfuração, Alargadores, Reamers, Ferramentas Direcionais, etc. • Outras Ferramentas de Fundo 7.2. Componentes da Coluna de Perfuração 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. 7. A Coluna de Perfuração 7.2. Componentes da Coluna de Perfuração • Outras Ferramentas de Fundo •8
  • 9. 7. A Coluna de Perfuração • Brocas • Parâmetros de seleção • Avaliação de desgaste de brocas • Rendimentos obtidos nos poços vizinhos 7.2. Componentes da Coluna de Perfuração •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
  • 10. 7. A Coluna 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
  • 11. 7. A Coluna de Perfuração • Transmite potência rotacional da superfície até a broca • Permite a circulação do fluido de perfuração • Características 7.3 Tubos de Perfuração 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
  • 12. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 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
  • 13. 7. A Coluna de Perfuração Grau do Aço Mínima Resistência ao Escoamento D-55 55,000 psi • Propriedades Mecânicas dos Tubos de Perfuração 7.3 Tubos de Perfuração E-75 75,000 psi X-95 95,000 psi G-105 105,000 psi S-135 135,000 psi •13
  • 14. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 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
  • 15. 7. A Coluna de Perfuração •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: 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração •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
  • 16. 7. A Coluna de Perfuração Tubos de Perfuração Massa metálica nos tool joints do tipo EU, IU e EIUtipo EU, IU e EIU •16
  • 17. 7. A Coluna de Perfuração • 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. 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração •17
  • 18. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração 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
  • 19. 7. A Coluna de Perfuração • Cálculo do “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Passo 1) 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração • 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
  • 20. 7. A Coluna de Perfuração (Dados de Tubo do API RPG7) 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração •20
  • 21. 7. A Coluna de Perfuração (Tabela 7 do API 5D) 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração •21
  • 22. 7. A Coluna de Perfuração 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) 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração L = 17”, DTE = 5.125”, D = 6.375”e d = 3.5” Peso Ajustado aproximado do tool joint: •22
  • 23. 7. A Coluna de Perfuração • Cálculo de “Peso Ajustado” ou “Peso Aproximado” (Paso 3) 7.3 Tubos de Perfuração • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração 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
  • 24. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração • 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
  • 25. 7. A Coluna de Perfuração • 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” 7.3 Tubos de Perfuração • 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
  • 26. 7. A Coluna de Perfuração É tomada a media do diâmetro do pino a uma distância de 5/8” da base. • Conexões Numeradas “NC” 7.3 Tubos de Perfuração •26
  • 27. 7. A Coluna de Perfuração 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 7.3 Tubos de Perfuração 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
  • 28. 7. A Coluna de Perfuração Algumas Conexões Equivalentes e Substituíveis: • Conexões Numeradas “NC” - Exemplos 7.3 Tubos de Perfuração •28
  • 29. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração 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
  • 30. 7. A Coluna de Perfuração • Ranhura de alívio no pino (“Relief Groove”) : alívio de esforços na conexão Ranhura de • Seleção de conexões 7.3 Tubos de Perfuração Ranhura de Alívio (“Relief Groove”) •30
  • 31. 7. A Coluna de Perfuração 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”) • Seleção de conexões 7.3 Tubos de Perfuração reduzidos ao adicionar uma “RANHURA PARA O ALÍVIO DE ESFORÇOS” no PINO e/ou um “AUMENTO NO DIÂMETRO SUPERIOR DA CAIXA” •31
  • 32. 7. A Coluna de Perfuração • 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 • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração 7.3 Tubos de Perfuração 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
  • 33. 7. A Coluna de Perfuração • Determinação Gráfica do Torque de Ajuste na Conexão • Propriedades Físicas dos Tubos de Perfuração 7.3 Tubos de Perfuração •33
  • 34. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração • 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
  • 35. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • 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
  • 36. 7. A Coluna de Perfuração • 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 • Fatores de Desenho para a Coluna de Perfuração 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • 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
  • 37. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração • Fatores de Desenho para a Coluna de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração 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
  • 38. 7. A Coluna de Perfuração 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 7.3 Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração 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
  • 39. 7. A Coluna de Perfuração • O maior tensão (carga de trabalho Pw) sobre a coluna de perfuração está localizada na • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • 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
  • 40. 7. A Coluna de Perfuração • Peso Total, Tsurf, suportado pela junta superior dos tubos de perfuração quando a broca está acima do fundo. 7.3 Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração 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
  • 41. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.3 Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração 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
  • 42. 7. A Coluna de Perfuração • Carga Máxima Permissível para o Desenho: Para evitar danos por deformação nos tubos de perfuração, o API 7.3 Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração 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
  • 43. 7. A Coluna de Perfuração • Margin of Over Pull (sobre tensão “MOP”) A MOP é geralmente selecionada, pelos operadores, entre 50 e 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 44. 7. A Coluna de Perfuração • Máximo comprimento permissível de tubos • Combinando as equações (1) e (3) e resolvendo para o comprimento dos tubos de perfuração (Ldp), obtém-se: 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP comprimento dos tubos de perfuração (Ldp), obtém-se: •44
  • 45. 7. A Coluna de Perfuração Exemplo: Tubos de Perfuração de um só Grau e Classe • Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe) 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 46. 7. A Coluna de Perfuração 7.3 Tubos de Perfuração • Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe) Solução do exemplo: • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP O máximo comprimento permissível é calculado com a Eq. (4) Máximo Profundidade de Perfuração = Ldp + Ldc
  • 47. 7. A Coluna de Perfuração 7.3 Tubos de Perfuração • Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe) Solução do exemplo: • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP •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)
  • 48. 7. A Coluna de Perfuração Exercícios Propostos Uma coluna de perfuração de 600 ft de comandos de 8 ¼“ x 7.3 Tubos de Perfuração • Máximo comprimento permissível dos tubos (de uma única classe) • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 49. 7. A Coluna de Perfuração 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 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 50. 7. A Coluna de Perfuração Paso 2 • Os comandos e os tubos de perfuração dp1 atuam no peso que é suportado para a seção superior, efetivamente. • Máximo comprimento permissível com vários tubos combinados 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 51. 7. A Coluna de Perfuração Exercício proposto • Poço 15,000 ft de profundidade • Máximo comprimento permissível com vários tubos combinados 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP • 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
  • 52. 7. A Coluna de Perfuração MOP em um poço desviado Deve-se considerar sempre a profundidade vertical, TVD 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 53. 7. A Coluna de Perfuração MOP em um poço desviado Comp. TP = 15,000 ft Peso BHA ar = 80,000 lbs.30º 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • Desenho por Tensão dada a Margin of Over Pull, MOP 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
  • 54. 7. A Coluna de Perfuração • Colapso com Tensão: Esforço Biaxial • Pressão interna: Resistência à ruptura • Outras cargas e desenhos a considerar: 7.3 Tubos de Perfuração • Desenhos Básicos dos Tubos de Perfuração • 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
  • 55. 7. A Coluna de Perfuração 7.4. Tubos Pesados “Heavy Weight Drill Pipe”, HWDP •55
  • 56. 7. A Coluna de Perfuração • 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
  • 57. 7. A Coluna de Perfuração • 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 • Características: 7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP) 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
  • 58. 7. A Coluna de Perfuração • Opções de Seleção Existem três opções para diferentes aplicações: • Convencional: corpo liso com reforço central exterior • Características: 7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP) • Convencional: corpo liso com reforço central exterior • Espiral: acanalada sem roforços (Flexi-wate) • Tri-Espiral: lisa com três reforços externos acanalados (em espiral) •58
  • 59. 7. A Coluna de Perfuração • Opções de Seleção: 7.4 Tubos de Perfuração Extra Pesados (HWDP) Convencional Espiral (“Flexi-Wate”) Tri - Espiral •59
  • 60. 7. A Coluna de Perfuração • 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”) • Características: • 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
  • 61. 7. A Coluna de Perfuração • 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
  • 62. 7. A Coluna de Perfuração • 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) • Critérios de Seleção 7.5 Comandos(“Drill Collars”) • 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
  • 63. 7. A Coluna de Perfuração • Uma conexão está balanceada se a “Razão de Resistência a Flexão”, BSR, é 2.5 • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos(“Drill Collars”) • Critérios de Seleção •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
  • 64. 7. A Coluna de Perfuração • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção Razão de Resitência a Flexão para as Conexões •64
  • 65. 7. A Coluna de Perfuração • Razão ou Relação de Resistência a Flexão (BSR) • É a rigidez relativa da caixa em relação ao pino de uma dada conexão • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção •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
  • 66. 7. A Coluna de Perfuração • Razão para a Relação de Resistência a Flexão (BSR) Onde: Z = “Módulo da Seção” da caixa • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção 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
  • 67. 7. A Coluna de Perfuração • Módulo da Seção para os componentes da conexão (Z) • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção 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
  • 68. 7. A Coluna de Perfuração • Razão de Rigidez, BSR para as Conexões • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção Retirado de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1 •68
  • 69. 7. A Coluna de Perfuração Exemplo de Valores de BSR para Conexões – API RP7G páginas 39-44 •69
  • 70. 7. A Coluna de Perfuração • A experiência de campo tem mostrado que: ODupr IDupr • Razão de Rigidez, BSR para as Transições • Conexões Balanceadas 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção · 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
  • 71. 7. A Coluna de Perfuração • 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” 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • 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
  • 72. 7. A Coluna de Perfuração • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” •72
  • 73. 7. A Coluna de Perfuração Paso1. Determinar o fator de flutuação para o peso do fluido de perfuração que está no poço utilizando a seguinte fórmula 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) 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
  • 74. 7. A Coluna de Perfuração Paso 2. Calcular o comprimento de DCs requerido para alcançar o peso desejado sobre a broca: 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) 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
  • 75. 7. A Coluna de Perfuração Paso 3. Calcular o comprimento de DCs para poços inclinados L = L / Cos (φφφφ) 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) 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
  • 76. 7. A Coluna de Perfuração • Exemplo 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) 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
  • 77. 7. A Coluna de Perfuração • Solução: 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) 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
  • 78. 7. A Coluna de Perfuração Peso de um DC: 30 ft x192 lbs /ft = 5,760 lbs 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção • Ponto Neutro, “NP” e Peso Sobre a Broca, “WOB” • Cálculo do comprimento de DC requerido (número de DCs) • 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
  • 79. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.5 Comandos (“Drill Collars”) • Critérios de Seleção 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
  • 80. 7. A Coluna de Perfuração 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
  • 81. 7. A Coluna de Perfuração • “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 7.6 Projeto Direcional 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
  • 82. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.6 Projeto Direcional 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
  • 83. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.6 Projeto Direcional • 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
  • 84. 7. A Coluna de Perfuração • Princípio de Estabilização Exemplos de Colunas Empacadas ou Estabilizadas: • BHA Padrão: • Broca – FG “NBS” – DC curto – FG “SS” – DC normal – FG “SS” • BHAs Opcionais: 7.6 Projeto Direcional • 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
  • 85. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.6 Projeto Direcional • 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
  • 86. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.6 Projeto Direcional distância de +/- 90 pés • Pêndulos comuns são conseguidos com o primeiro estabilizador colocado a 30, 60 ou 90 ft da broca •86
  • 87. 7. A Coluna de Perfuração • Reumo dos BHAs: • BHA de Pêndulo • BHA Empacado ou Estabilizado 7.6 Projeto Direcional • BHA de Pivô • BHA Dirigível ou de Navegação (motor dirigível, Rotary Steerable) • BHA Dirigível Rotacional Programado (RSS) •87
  • 88. 7. A Coluna de Perfuração • Ferramentas de Fundo Típicas Para Controle Direcional 7.6 Projeto Direcional •88
  • 89. 7. A Coluna de Perfuração • 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 7.6 Projeto Direcional • 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