Completação de Poços

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL CURSO DE EGENHARIA DE PRODU O PERFURA O E COMPLETA O DE PO OS

Completa o de Po os

Andr da Costa Bruno Castelo D bora Nascimento Fl via Fonseca Greg rio Lima da Cruz Gustavo Klein Gustavo Mousinho Luiz Felipe Ferreira Calfa Pablo Seuanez Salgado Vanessa Bandeira Dias

Rio, 5 de Dezembro 2000

Objetivo do Trabalho

O presente trabalho refere-se segunda metade da disciplina de Perfura o e Completa o ministradas como parte integrante da nova nfase de Petr leo e G s criada pela UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Devido recente incorpora o, ao programa de Engenharia de Produ o, das supracitadas nfase e disciplina, est ltima encontrava-se desprovida de uma bibliografia b sica, problema o qual esta apostila procura solucionar. Al m disso, permitiu que os alunos se aprofundassem nos assuntos relativos completa o de po os de uma maneira mais aprofundada durante a realiza o do trabalho, agregando aos conhecimentos adquiridos na sala de aula. A apostila baseou-se em in meros trabalhos realizados a cerca dos temas aqui abordados e nas aulas ministradas ao longo do curso.

2

ndice

1 - Tipos de Completa o.4 1.1 - Categorias B sicas de Completa o .4

1.2 - Sele o do Tipo de Completa o e Crit rios de Design .9

2 - Opera es de Cimenta o na Completa o.12

2.1 2.2 2.3 - Tipos de Cimenta o.12 - Objetivo das Opera es com Cimento.13 - T cnicas Operacionais.16

3 - Avalia o da Cimenta o e Perfilagem.31

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 - Introdu o.31 - Objetivo da perfilagem s nica.32 - Ader ncia do Cimento.32 - Movimento Ondulat rio.34 - Perfis S nicos.38 - CBL: Cement Bond Logging.40 - VDL: Variable Density Logging.41 - Revestimento Livre.42 - Revestimento Cimentado.42 - Sinais do Fluido.43 - Interpreta o Qualitativa do Perfil CBL/VDL.43 - Perfil Ultra-s nico.44 - Cuidados na Perfilagem S nica.46

4 - Canhoneio.47

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 - Introdu o.47 - Processo.47 - Vantagens.47 - Classifica o.48 - Tipos de Canhoneio.53 - Cargas Explosivas.57 - Efici ncia do Canhoneio.60 - Seguran a.64 - Assentamento de Tamp es.64

5 - Tratamento Qu mico na Completa o.66

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 - Ocorr ncias e Causas de Dano Forma o.66 - Lavagem cida das Colunas.69 - Lavagem cida Canhoneados.70 - Remo o de Incrusta es Sol veis em cido.70 - Tratamentos Matriciais de Carbonatos.71 - Diretrizes para Sele o dos Fluidos de Tratamento.71

3

5.7 5.8 5.9 5.10 5.11

- Projeto do Tratamento cido.72 - Procedimentos Operacionais de Seguran a.72 - Tratamentos Matricias de Arenitos.73 - M todo para Sele o dos Fluidos de Tratamento.74 - Outros Sistemas N o-Convencionais.76

6 - Fraturamento Hidr ulico.77

6.1 6.2 6.3 - Introdu o.77 - Mec nica das Rochas.80 - Fluidos de Fraturamento.83

7 - Gravel Pack.85

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 - Introdu o.85 - Arenitos fri veis.85 - T cnicas de Predi o de Produ o de Areia.87 - M todos para Controle da Produ o de Areia.87 - O Mecanismo de Gravel Pack.89

8 - Completa o Submarina.94

8.1 8.2

- Introdu o. .94

- Completa o submarina.95

4

Completa o de Po os de Petr leo

A Completa o de po os consiste no conjunto de servi os efetuados no po o desde o momento em que a broca atinge a base da zona produtora de produ o. Este um conceito operacional da atividade, note que a cimenta o do revestimento de produ o, ou seja o que entra em contato com a zona produtora , por esta defini o, uma atividade de Completa o. Por outro lado a melhor defini o seria: A de transforma o do esfor o de perfura o em uma unidade produtiva completamente equipada e com os requisitos de seguran a atendidos, pronta para produzir leo e g s, gerando receitas.

1 - Tipos de Completa o

1.1 - Categorias B sicas de Completa o

Existem muitos m todos de completa o utilizados ao redor do mundo. No entanto, o que ocorre s o in meras varia es de alguns m todos b sicos que podem ser classificados quanto: interface entre a coluna e reservat rio: a) Completa o a po o aberto b) Liner rasgado ou canhoneado c) Revestimento canhoneado ao m todo de produ o: Surgente Eleva o artificial Ao n mero de zonas completadas: a) Simples b) Seletiva c) M ltiplas

(a) (b) (c)

( a ) ( b ) ( c )

1.1.1 - Completa o a po o aberto A completa o a po o aberto freq entemente utilizada em espessas se es de reservat rios constitu dos por tipos de rochas bem firmes. o m todo mais antigo de completa o de po os. As vantagens deste m todo s o as seguintes:

5

a zona de interesse inteira aberta para a coluna; n o h gasto com canhoneio do revestimento; existe a intercomunica o de fluidos em todo o intervalo aberto para produ o; drawdown pode ser reduzido por causa da larga rea de fluxo; h uma redu o no custo do revestimento; o po o pode ser facilmente aprofundado; a completa o pode ser facilmente convertida para um outro tipo de completa o como o liner rasgado ou revestimento canhoneado; pelo fato de n o haver revestimento, n o h risco de haver dano forma o causada pelo cimento. A completa o a po o aberto particularmente atrativa quando h dificuldade de identifica o do retorno l quido financeiro durante o per odo de completa o; ou onde perdas com uma filtragem ruim do fluido de perfura o pode levar a grandes preju zos. Por m existem desvantagens e limita es deste m todo de completa o, s o elas: forma es que apresentam grandes raz es g s- leo / gua- leo normalmente n o podem ser controladas porque todo o intervalo aberto para produ o; o controle do po o durante a completa o pode ser mais dif cil; a t cnica n o aceit vel para forma es constitu das por reservat rios separados que cont m fluidos com propriedades incompat veis; as diversas zonas dentro do intervalo de completa o n o podem ser facilmente selecionadas; este tipo de completa o vai requerer freq entes limpezas se houver produ o de areia ou se a forma o n o estiver est vel. 1.1.2 - Liner rasgado ou canhoneado Para controlar problemas de desmoronamento , os primeiros produtores de petr leo colocaram tubos com fendas ou telas na parte inferior do po o como um filtro de areia. O uso deste tipo de completa o como m todo para controle de areia vem se tornando muito popular hoje em dia em algumas reas. Este m todo tem praticamente as mesmas vantagens e desvantagens da completa o a po o aberto. Na maneira mais simples e antiga um tubo com fendas colocado dentro do po o. As fendas s o pequenas o suficiente para que a areia fique retida. Para areias muito finas s o colocadas telas de arame. Esta t cnica um m todo de controle de areia razoavelmente eficaz. Algumas vezes este o nico m todo de controle de areia que pode ser usado por causa da perda de press o e considera es sobre a geometria do po o. Entretanto, este m todo n o muito recomendado porque: O movimento da areia para a coluna faz com que haja um impedimento da permeabilidade devido a mistura de diferentes de tamanhos de gr os. Gr os de areia finos tendem a obstruir a tela. A tela pode sofrer desgaste devido movimenta o da areia. Um suporte ineficaz da forma o pode causar desabamento.

6

Para solucionar estes problemas, o anular entre o po o e a tela preenchido com gr os de areias mais grossos. A areia ou cascalho serve como suporte para a parede do po o e para prevenir o movimento de areia. Este m todo pode remover alguns dos estragos causados pelo fluido de perfura o. 1.1.3 - Revestimento canhoneado O m todo mais comum de completa o envolve cimenta o do revestimento na rea de interesse, onde a comunica o com a forma o feita atrav s de buracos perfurados no revestimento e no cimento, denominados canhoneados. Este canhoneio feito para comunicar o interior do po o com a zona de interesse. Se o po o revestido e n o-perfurado durante os est gios iniciais da opera o de perfura o, o controle do po o mais f cil e os custos de completa o podem ser reduzidos. Usando v rias t cnicas de controle de profundidade, poss vel decidir quais zonas ser o perfuradas e abertas para produ o, evitando assim, a comunica o de fluidos indesej veis como g s e gua, zonas fracas que podem produzir areia ou ainda, zonas improdutivas. Esta seletividade que completamente dependente de um bom trabalho de cimenta o e canhoneio adequado tamb m permite que um simples po o produza v rios reservat rios separados, sem que haja comunica o entre eles. Este canhoneio pode tamb m ser usado para controlar o fluxo da zona de interesse, fechando o canhoneado ou injetando fluidos para transformar as zonas em menos perme veis. A decis o de coloca o do revestimento pode ser adiada at que a avalia o do reservat rio seja conclu da, reduzindo gastos com po os secos. Em suma, as vantagens desta completa o incluem: Opera es mais seguras; Sele o mais segura das zonas a serem completadas; Redu o da relev ncia de estragos causados pela perfura o; Facilita o da estimula o seletiva; Possibilidade de completa o em zonas m ltiplas; Custos reduzidos com po os secos; Planejamento mais f cil de opera es de completa o.

Este tipo de completa o geralmente usada a menos que haja uma raz o espec fica para preferir um outro tipo de completa o. 1.1.4 - Completa o para po os com bombas A completa o tamb m classificada de acordo com o m todo de produ o e o n mero de zonas produzidas. Po os equipados com bombas de fundo s o completados com

7

anular aberto atrav s do qual o g s vai para a superf cie. Todos os sistemas de bombeamento se tornam ineficientes na presen a de g s.

1.1.5 - Completa o de M ltiplas Zonas Para completa o de m ltiplas zonas o principal saber o que se deseja produzir. Quando um po o encontra mais de uma zona de interesse, a decis o deve ser tomada frente aos seguintes aspectos: Produzir as zonas individualmente, uma depois da outra, atrav s de uma linha nica; Completar o po o com v rias linhas e produzir v rias zonas simultaneamente; Misturar v rias zonas numa nica completa o; ou Produzir uma nica zona por esse po o, e perfurar po os adicionais para as outras acumula es; Esta decis o deve ser baseada numa compara o econ mica das alternativas, por m a completa o de m ltiplas zonas, com uma nica linha de produ o, s o freq entemente prefer veis porque quando se trabalha com linhas duplas, o tamanho do revestimento limita o di metro, que, por sua vez, limita o fluxo obtido atrav s de cada linha. . Estas completa es podem tamb m ser usadas para minimizar custos de completa o, que freq entemente a raz o para limitar o tamanho do revestimento de produ o. Completa es com linhas duplas podem ser paralelas ou conc ntricas. Onde a eleva o artificial pode ser requerida, linhas paralelas s o freq entemente usadas. Linhas conc ntricas requerem menos remo o de cascalhos e podem alcan ar uma capacidade mais alta de fluxo. Completa es com linhas triplas t m sido tamb m utilizadas em algumas reas, mas s o muito limitadas em capacidade de po o para que sejam economicamente atrativas como completa es convencionais. Completa es com m ltiplas linhas sem tubula o s o, s vezes, usadas para completa o de reservat rios empilhados que t m reservas individuais pequenas e press es normais. Estas completa es s o particularmente atrativas para retirar pequenas acumula es de leo abaixo de grandes reservat rios de g s e para baixo custo com o g s. A melhoria no design e qualidade dos equipamentos dos mais convencionais m todos de completa o tem resultado numa diminui o de popularidade deste ltimo tipo de instala o.

1.2 - Sele o do Tipo de Completa o e Crit rios de Design

Assim como o m todo de produ o varia, o design da completa o vai variar significativamente com: Taxa de produ o; Press o e profundidade do po o; Propriedades da rocha;

8

Propriedades do fluido; Localiza o do po o.

Dada a variedade de condi es de produ o ao redor do mundo, a defini o dos limites naturalmente algo nebuloso (uma baixa taxa de produ o num po o no Oriente M dio pode ser considerada uma taxa respeit vel em muitos campos Norte-americanos). importante que o engenheiro de completa o leve em considera o o impacto do retorno da produ o, custo de capital e custo de opera o dos projetos. Os custos de instala o s s o significantes na medida em que os requisitos de completa o t m um impacto significativo no tempo total de perfura o e completa o. O custo real dos equipamentos de completa o s o relativamente baixos se comparado a produ o incremental conseguida atrav s da melhoria de potencial devido a utiliza o de materiais mais adequados, por m mais caros. Considera es a respeito dos aspectos geol gicos, econ micas e de reservat rio ditar o os requisitos funcionais para um projeto de uma completa o. Estes requisitos devem ser antecipadas num est gio anterior ao da perfura o. O modelo de completa o do po o tamb m influenciado pelos requisitos de servi o de po o, como monitoramento de rotina e servi o de cabe a de po o e linha de fluxo.

1.2.1 - Considera es de Perfura o Algumas considera es de perfura o podem influenciar o tipo de completa o a ser instalada. Dentre os fatores a serem considerados est o: Extens o dos preju zos deixados pela perfura o e necessidade de utiliza o de t cnicas de estimula o, sele o de fluidos especiais de perfura o, etc. O programa de avalia o, particularmente a necessidade de testes de perfura o; O tamanho e o peso do revestimento de produ o; A for a de explos o e desmoronamento do revestimento de produ o. O revestimento deve se capaz de suportar o m ximo de press o dentro do tubo no caso de uma quebra na superf cie; Gasto ou corros o do revestimento de produ o devem ser avaliados em completa es com liner, especialmente para po os fundos. Em ambientes cidos ou quando as condi es podem se tornar cidas, os materiais de revestimento de produ o devem se adequar a certas especifica es j definidas.

1.2.2 - Resumo Em suma, devemos enfatizar que a avalia o das condi es sob as quais um po o deve operar dita quais op es podem ser consideradas dentre uma variedade de possibilidades de modelos de completa o. A parte econ mica dita qual desses modelos mais adequado para uma situa o particular.

9

Selecionar o melhor modelo de completa o para uma dada situa o requer que os engenheiros considerem a performance atual e futura do po o, as restri es impostas pelo programa de perfura o, as regulamenta es ou pol ticas que possam ser aplicadas e a operacionalidade da nova tecnologia. Devemos frisar sempre que a regra b sica de um projeto de Completa o : SEJA SIMPLES Utilize sempre a alternativa mais simples que atende aos requisitos t cnicos e econ micos para a Completa o de um po o

10

2 - Opera es de Cimenta o na Completa o

2.1 - Tipos de Cimenta o

2.1.1. - Cimenta o Prim ria Denomina-se cimenta o prim ria a cimenta o principal de cada coluna de revestimento, levada a efeito logo ap s sua descida ao po o. Seu objetivo b sico colocar uma pasta de cimento n o contaminada em determinada posi o no espa o anular entre o po o e a coluna de revestimento, de modo a se obter fixa o e veda o eficiente e permanente deste anular.

TAMP O DE CIMENTO

Cimenta o prim ria do liner

FLUIDO DE PERFURA O

FLAPPER VALVE

G S LEO

2.1.2. - Cimenta o Secund ria

GUA

S o assim denominadas as demais opera es de cimento realizadas no po o, excetuando-se a cimenta o prim ria. Tamp es de Cimento Consistem no bombeamento para o po o de determinado volume de pasta, com o objetivo de tamponar um trecho do po o. S o usados nos casos de perda de circula o, abandono definitivo ou tempor rio do po o, como base para desvios, compress o de cimento, etc. Recimenta o a corre o da cimenta o prim ria, quando o cimento n o alcan a a altura desejada no anular ou ocorre canaliza o severa. O revestimento canhoneado em dois pontos. A recimenta o s feita quando se consegue circula o pelo anular, atrav s destes canhoneados. Para possibilitar a circula o com retorno, a pasta bombeada atrav s de coluna para permitir a pressuriza o necess ria para a movimenta o da pasta pelo anular. Compress o de Cimento ou Squeeze Consiste na inje o for ada de pequeno volume de cimento sob press o, visando corrigir localmente a cimenta o prim ria, sanar vazamentos no revestimento ou impedir a produ o de zonas que passaram a produzir quantidade excessiva de gua ou g s. Exceto em vazamentos, o revestimento canhoneado antes da compress o propriamente dita.

Recimenta

11

2.2 - Objetivo das Opera es com Cimento

2.2.1. - Corre o da Cimenta o Prim ria (CCR) Cimenta es prim rias deficientes podem causar interven es onerosas. A decis o quanto a necessidade ou n o da corre o de cimenta o prim ria uma tarefa de grande import ncia. A corre o implica em elevados custos, principalmente no caso de po os mar timos, onde o custo di rio de uma sonda bastante alto. O prosseguimento das opera es, sem o devido isolamento hidr ulico entre as forma es perme veis, pode resultar em: produ o de fluidos indesej veis devido a proximidade dos contatos leo/ gua ou g s/ leo; testes de avalia o das forma es incorretos; preju zo no controle dos reservat rios (produ o, inje o, recupera o secund ria); opera es de estimula o mal sucedidas, com possibilidade inclusive de perda do po o. Uma outra poss vel falha da cimenta o prim ria, que precisa ser corrigida, se refere a falta de isolamento do topo do liner. Tais falhas s o decorrentes das condi es adversas encontradas para a sua cimenta o, como anular pequeno e dif cil centraliza o do liner. Cuidados adicionais devem ser tomados na interpreta o da qualidade da cimenta o nos topos de liner, onde a leitura elevada da amplitude do CBL pode ser decorrente justamente da boa qualidade da cimenta o e da presen a do revestimento por detr s do liner. . 2.2.2. - Tamponamento de Canhoneados (RAO, RGO, ISZ) A finalidade b sica de uma compress o de cimento para o tamponamento de canhoneados impedir o fluxo de fluidos atrav s destes canhoneados, entre a forma o e o interior do revestimento ou vice-versa. Os problemas mais comuns que geram interven es para tamponamento de canhoneados s o aqueles relacionados com a excessiva produ o de gua ou g s. Uma raz o gua- leo (RAO) elevada apresenta v rias desvantagens como perda de energia do reservat rio, disp ndio de energia em eleva o artificial e custos com tratamento e descarte, al m de riscos de degrada o ao meio ambiente. Uma elevada produ o de gua pode ser conseq ncia da eleva o do contato leo/ gua devido ao mecanismo de produ o (influxo de gua), ou inje o de gua. Isto ode ser agravado pela ocorr ncia de cones ou fingerings, falhas na cimenta o prim ria, furo no revestimento ou uma opera o de estimula o atingindo a zona de gua. Se a zona produtora espessa, pode-se tamponar os canhoneados e recanhonear apenas na parte superior, o que resolve o problema temporariamente. O aparecimento de gua se torna um problema mais complexo quando h permeabilidade estratificada. A varia o de permeabilidade ao longo da zona, verticalmente, provoca um avan o

12

diferencial da gua conhecido como fingering, cujo efeito pode ser minimizado com a redu o de vaz o. Quando uma fratura mal dirigida alcan a uma zona de gua, tal fato geralmente inviabiliza a produ o desta zona, visto que este contato se localiza dentro da forma o e ainda n o se disp e de metodologia eficiente para corre o deste problema. Uma raz o g s- leo alta pode ter como causa o pr prio g s dissolvido no leo, o g s de uma capa ou aquele proveniente de uma outra zona ou reservat rio adjacente. Esse ultimo caso pode ser produto de uma falha de cimenta o prim ria, furo no revestimento ou de uma estimula o mal concretizada. A produ o excessiva de g s, temporariamente completando-se mais facilmente controlado pela maior diferen a de densidade temporariamente, tamb m uma ou gua. devido a forma o de cone, pode ser contornada o po o apenas na parte inferior. Um cone de g s redu o da vaz o do que o de gua. Isto se deve a entre o leo e o g s. O fechamento do po o, t cnica recomendada para a retra o do cone de g s

2.2.3. - Reparo de Vazamentos no Revestimento Quando o aumento da RAO ou RGO n o observado atrav s dos canhoneados abertos para produ o, deve-se suspeitar de dano no revestimento. Perfis de produ o, ou pistoneio seletivo, s o usados para localizar ponto de dano no revestimento. Vazamentos no revestimento podem ocorrer devido a corros o, colapso da forma o, fissuras, desgaste ou falhas nas conex es dos tubos, sendo necess rio identificar a natureza do problema, sua localiza o e extens o. Basicamente, em se tratando de pontos localizados ou pequenos intervalos de revestimento danificados, a t cnica utilizada semelhante empregada em tamponamentos de pequeno n mero de canhoneados. No caso de trechos longos, o tratamento similar ao de canhoneados extensos. 2.2.4. - Combate Perda de Circula o em Zonas sem Interesse Pastas de cimento podem ser usadas para estancar perdas apenas quando n o h preocupa o com o dano de forma o, isto , em zonas que v o ser isoladas definitivamente.

2.3 - T cnicas Operacionais

2.3.1. - Introdu o As opera es com cimento na completa o podem ser classificadas, quanto ao n vel de press o utilizada, em: opera es baixa press o; opera es alta press o.

13

Nas opera es baixa press o o cimento colocado nas posi es desejadas sem que se frature qualquer zona, e alta press o, s o impostas pequenas fraturas forma o. O entendimento deste assunto requisito m nimo necess rio ao profissional que se prop e a trabalhar com cimento na completa o. Quanto forma de coloca o da pasta de cimento na posi o desejada, os tipos poss veis s o: tamp o balanceado (baixa ou alta press o); inje o direta (baixa ou alta pressa); recimenta o (baixa press o); ca amba (baixa press o). Quanto tubula o que se encontra no po o, excluindo-se as opera es com ca amba, tem-se: executadas com colunas de trabalho convencionais (tamp o balanceado, inje o direta e recimenta o); executadas com flexitubo (tamp o balanceado). Para se definir o tipo mais adequado de opera o a ser executada, de fundamental import ncia diagnosticar corretamente o problema. De posse deste diagn stico poss vel adequar o n vel de tecnologia a ser empregado, atendendo todas as restri es detectadas neste diagn stico. 2.3.2. - Compress o de Cimento Baixa Press o A pasta de cimento uma suspens o de part culas solidas de cimento dispersas em gua. Na t cnica baixa press o, a pasta, sujeita a um diferencial de press o po oforma o, perde parte da gua de mistura para o meio poroso e um reboco de cimento parcialmente desidratado formado. Ao t rmino deste processo de filtra o, todo o canhoneado est preenchido por reboco de cimento, e por este reboco ter uma permeabilidade bastante baixa, a press o na superf cie se estabiliza.

14

de fundamental import ncia o conhecimento e controle das press es envolvidas na opera o. bom observar que uma coluna cheia de pasta com peso especifico 15,8 lb/gal pode quebrar uma forma o com gradiente de fratura igual ou inferior a 0,82 psi/p , sem press o adicional na cabe a. Nos trabalhos baixa press o, essencial que os canhoneados, canaliza es e cavidades a serem preenchidas com cimento estejam desobstru dos de lama e/ou s lidos e que contenham um fluido penetrante a ser deslocado pela pasta de cimento para a forma o permo-porosa, seja fluido de completa o isento de s lidos ou fluido produzido de algum intervalo permo-poroso. A pasta ideal numa opera o com cimento deve ter uma taxa de desidrata o controlada, de forma a permitir a deposi o uniforme do reboco sobre toda a superf cie perme vel, preencher os vazios e as canaliza es por detr s do revestimento, preencher os t neis de canhoneio e deixar pequenos n dulos dentro do revestimento. Nesta situa o, o restante da pasta permanece fluida no interior do po o, podendo ser removida por circula o. 2.3.3. - Compress o de Cimento Alta Press o Em alguns casos, com forma es de baixa permeabilidade, o squeeze baixa press o pode n o ser poss vel, de forma a permitir que a pasta ocupe os espa os desejados. Por exemplo, a corre o de cimenta o prim ria executada com fluido de perfura o dentro do po o, forma es de baix ssimas injetividades onde o m todo de inje o direta mandat rio devido exist ncia de canhoneado aberto logo acima, etc. Nesses casos alguns autores acreditam que a cria o de uma fratura, a fim de permitir a comunica o entre po o e esses espa os a serem preenchidos com cimento, pode ser uma solu o. importante observar que deve ser criada uma pequena fratura, e que a opera o deve ser conclu da a uma press o abaixo da press o de quebra da forma o. As antigas opera es alta press o, muitas vezes associadas ao mito do "block squeeze", (panquecas horizontais), com a cria o de grandes fraturas e o uso de grandes volumes de pasta foram definitivamente banidas das pr ticas recentes. Entretanto, mesmo com a utiliza o de uma boa t cnica, a alta press o envolve uma s rie de riscos que podem comprometer o sucesso da opera o, sendo recomendado, sempre que poss vel, as opera es baixa press o. Como exemplos de riscos t m-se: possibilidade da cria o de grandes fraturas que podem propiciar a comunica o indesejada de zonas que se pretendia isolar; por se desenvolver numa dire o preferencial ditada pelo estado de tens es da rocha, a fratura pode n o interceptar o canal que se pretendia eliminar; a fratura pode se estender ao longo de um intervalo com boa cimenta o e promover a comunica o indesejada entre zonas .

15

2.3.4 - Tamp o Balanceado Esta t cnica normalmente empregada em opera es baixa press o, sendo que os volumes: (1) da pasta de cimento, (2) do colch o espa ador frente e atr s da pasta e (3) de deslocamento da pasta s o calculados de forma a se obter um tamp o balanceado hidrostaticamente em f rente ao local em que ser efetuada a cimenta o. Para se obter o balanceamento, o colch o separador, bombeado frente da pasta, deve ter um volume que ocupe uma altura do espa o anular revestimento X coluna equivalente altura de coluna ocupada pelo colch o separador bombeado atr s da pasta. Normalmente o volume de gua atr s da pasta adotado como sendo 1 barril e frente o volume correspondente para a mesma altura de coluna de gua. A extremidade da coluna deve ficar posicionada cerca de 3 metros abaixo dos canhoneados inferiores garantindo que, ap s o deslocamento e balanceamento hidrost tico, todos os furos estejam cobertos com pasta. A composi o da coluna pode ser livre ou com packer. O uso de packer somente necess rio quando existe canhoneados abertos acima do ponto de inje o da pasta, ou quando existir d vidas quanto capacidade do revestimento em suportar as press es de opera o. Neste caso, a quantidade de tubos abaixo do packer deve ser dimensionada de forma conveniente, em fun o do volume de pasta a ser usado, de forma que o tamp o de cimento deslocado fique abaixo do packer.

Ap s o balanceamento do tamp o, os tubos imersos na pasta s o retirados e se procede a uma circula o reversa, com volume correspondente a 1,5 vezes o volume da coluna de trabalho, para completa limpeza da mesma de eventuais res duos de cimento. A partir da a pasta comprimida, geralmente segundo a t cnica de hesita o. Hesita o uma t cnica de compress o geralmente utilizada em opera es baixa press o, na qual a pasta comprimida em intervalos regulares para diversos n veis de press o. Ap s a pressuriza o inicial, sempre inferior press o de quebra, aguarda-se a queda da press o examinando-se a curva de press o registrada na superf cie. O aumento do raio de curvatura da queda de press o indica a forma o de reboco, ao passo que uma curvatura de raio constante nos diversos ciclos indica a inje o de pasta em alguma cavidade por detr s do revestimento ou a exist ncia de furos ou vazamentos no interior do po o. Ap s a conclus o da compress o, necess rio liberar a press o da tubula o e

16

determinar o volume de pasta injetado. Mesmo em intervalos fraturados, a t cnica de hesita o aplic vel, com resultados plenamente satisfat rios, sendo recomendado usar pastas com maior filtrado API. Nos casos de zonas fraturadas onde n o se consegue atingir press es estabilizadas conveniente que, ap s se injetar um volume desejado de pasta, se feche o po o e aguarde a pega da pasta, para posterior corte do cimento com a broca.

Fig. 3.3

Para se obter press o final estabilizada em tamponamento de canhoneados, nos casos onde a opera o est exigindo mais pasta do que se previa, comum hesitar a pasta deixando-se tempos maiores de decaimento de press o, visto que, nestes casos a inten o permitir o in cio da pega do cimento. Uma opera o considerada ideal aquela onde tudo acontece de acordo com o previsto, sem sobressaltos, resultando em testes de press o direta e reversa positivos. No caso de corre es de cimenta o prim ria, recomend vel que n o se sonegue pasta, caso a opera o esteja exigindo, visto que se pretende preencher completamente o restante do anular que n o tenha sido preenchido durante a cimenta o prim ria. Nas opera es de tamp o balanceado realizadas sem packer, a pasta deslocada at o ponto desejado, a tubula o de produ o suspensa acima do tamp o de cimento e ap s circula o reversa para limpeza da coluna, o BOP fechado, e ent o, aplicada a press o de inje o. Portanto, em tais opera es deve-se considerar tamb m como limite, al m da press o de quebra da forma o, a resist ncia a press o interna do revestimento. C lculo de Volumes para o Tamp o Balanceado: Conhecendo-se: capacidades do revestimento (Cr), da coluna de trabalho (Ct), do anular (Ca) e do anular junto com o da coluna de trabalho (Ca+t); volume de pasta em bbl (Vp); comprimento do intervalo canhoneado (Ic); extremidade da coluna (H), que deve estar 3 metros abaixo da base dos canhoneados. Calcula-se a altura do tamp o de cimento com a coluna imersa, que naturalmente deve ser inferior ao comprimento da cauda (Lcauda): Hc (m) = Vp (bbl) / Ca+t (bpm)

17

A altura do tamp o de cimento sem a coluna: Hs (m) = Vp (bbl) / Cr (bpm) O volume de gua atr s (Vat), normalmente utilizado 1 barril mas podendo ser aumentado, deve gerar uma altura de coluna de gua de: Hat = Vat (bbl) / Ct (bpm) O volume de gua frente (Vaf), para uma mesma altura de coluna de gua dada por: Vaf (bbl) = Hat (m) . Ca (bpm) Calculando-se o volume de deslocamento (Vd) para balancear o tamp o tem-se: Vd (bbl) = Ct (bpm) . [H (m) Hat (m) Hc (m)] O n mero de tubos retirar deve ser tal que deixe a extremidade da coluna fora do tamp o de cimento. O volume de circula o reversa igual a 1,5 vezes o volume de deslocamento. 2.3.5 - Inje o Direta Esta t cnica pode ser empregada tanto em opera es baixa press o (quando h boa injetividade) como em opera es alta press o. A pasta de cimento bombeada, continuamente, at a press o final desejada, que pode ser maior ou menor que a press o de quebra da forma o. Ap s o final do bombeio, a press o monitorada, e caso n o fique estabilizada, se reinicia a opera o com a inje o de mais pasta at se obter a completa veda o dos furos e a estabiliza o da press o. A coluna de opera o para os squeeze pode ser livre, com packer ou com retentor de cimento (vide fig. 3.4). Esta t cnica de corre o deve ser a preferida quando se prev a utiliza o de maiores volumes de pasta.

18

2.3.6 - Recimenta o a t cnica a ser utilizada quando os perfis s nicos indicam revestimento livre onde o isolamento hidr ulico est sendo exigido. Nos casos onde o perfil n o indique revestimento livre, possivelmente haver dificuldade de circula o da pasta em longos trechos. A aus ncia de cimento em determinados trechos pode ser decorr ncia de entupimentos do anular, por carreamento de detritos durante a cimenta o prim ria, gerando incremento da press o de circula o e o fraturamento de alguma forma o, ou tamb m pode ser decorr ncia de sobredeslocamento da pasta. A recimenta o consiste basicamente na circula o de colch es lavadores, colch es espa adores e pasta de cimento entre os pontos previamente perfurados, de forma similar a uma cimenta o prim ria. Como diretriz, a recimenta o deve ser executada o mais breve poss vel, logo ap s o t rmino da cimenta o prim ria, onde tenha se verificado ind cios de falhas. Isto se deve ao fato de que o fluido de perfura o em repouso no anular pode ocasionar decanta o dos s lidos, inviabilizando a circula o da pasta de cimento. Um retentor de cimento enato assentado pr ximo e acima do canhoneado inferior. Os retentores de cimento (cement retainer) tem constitui o semelhante ao tamp o mec nico (bridge plug) e possuem uma v lvula para evitar o retorno da pasta de cimento para da coluna ap s a circula o da pasta e o desencaixe do stinger, reduzindo tamb m o perigo de pris o da ferramenta pela deposi o de pasta sobre o packer (3.5).

19

2.3.7 - Determina o da Altura M xima da Pasta O c lculo envolve o gradiente de fratura da forma o, do fluido e da pasta, a altura m xima de cimento e canhoneados (profundidade), mais um fator de seguran a.

Gradiente de Fratura do Fluido X (Prof Canhoneados Altura Max Cimento) + Gradiente de Fratura da Pasta X Altura Max Cimento + Fator de Seguran a

Gradiente de fratura da forma o X Prof Canhoneados

=

2.3.8 - Composi o do Cimento Todos os tipos de cimento apresentam combina es de quatro componentes principais, representados pelas letras C, A, F e S. C: xido de c lcio, CaO A: xido de alum nio, Al2 O3 F: xido de ferro, Fe2 O3 S: s lica, SiO 2 Outros componentes podem ser encontrados no cimento, em baixos teores. Entre eles est o xido de magn sio (MgO) e sulfatos alcalinos originados de compostos de enxofre presentes nas argilas e no combust vel de aquecimento do forno rotativo.

20

2.3.9 - Hidrata o do Cimento A adi o de gua ao cimento produz uma pasta bombe vel que tem a propriedade de conservar uma plasticidade durante certo tempo, ap s o qual sofre um aumento brusco na sua viscosidade. A perda de plasticidade denominada "pega" do cimento e ocorre em paralelo com um lento processo de endurecimento, respons vel pelas propriedade mec nicas das pastas, argamassas e concretos. O fim da pega pode ser determinado quando a aplica o de pequenas cargas deixa de provocar deforma es na pasta, que se torna um bloco r gido. As rea es de pega e endurecimento do cimento s o bastante complexas, pelo fato de ser o cimento uma mistura heterog nea de v rios compostos que se hidratam mais ou menos independentemente. O comportamento dos diferentes compostos frente hidrata o respons vel pelas propriedades aglomerantes do cimento. 2.3.10 - Classifica o do Cimento quanto ao Tempo de In cio da Pega O cimento dito de pega "normal" quando o in cio da pega ultrapassa 60 minutos, ou "semi-r pida" quando fica entre 30 e 60 minutos. Pega "r pida" demora menos de 30 minutos. 0

pega r pida

30

60

t (minutos)

pega semi- r pida pega normal

O fim da pega se d de 5 a 10 horas ap s seu in cio para cimentos normais. Em cimentos de pega r pida, o fim ocorre em poucos minutos.

2.3.11 - Caracter sticas da Pasta de Cimento O desempenho de uma pasta de cimentos depende basicamente das caracter sticas do cimento, da temperatura e press o a que o mesmo submetido, da concentra o e do tipo de aditivos, da ordem de mistura, da energia de mistura e da raz o gua-cimento. Devido grande intera o entre os v rios aditivos inclu dos na pasta e varia o da composi o do cimento em fun o da batelada, os testes com as pastas s o imprescind veis para a previs o do desempenho da pasta a ser utilizada. Para a maior parte das opera es com cimento na completa o, a pasta deve apresentar baixa viscosidade, n o gelificar quando est tica, manter a viscosidade praticamente constante at a ocorr ncia da pega, ter baixa perda de filtrado sem separa o de gua livre ou decanta o de s lidos. A verifica o dessas caracter sticas feita atrav s de testes laboratoriais, dentre os quais podemos destacar: Reologia: As propriedades reol gicas est o relacionadas ao comportamento mec nico da pasta. Seu entendimento e controle nas opera es com cimento visam otimizar a efici ncia com que a pasta de cimento desloca o fluido do espa o anular sob determinado regime de fluxo e a real press o exercida sobre as paredes do po o.

21

Perda de fluido: O teste de filtrado est tico visa medir a taxa de desidrata o da pasta. A redu o do filtrado de uma pasta atrav s da adi o de redutores de filtra o previne sua desidrata o prematura, protege forma es sens veis a dano e gera reboco de menor espessura e baix ssima permeabilidade. gua livre: Quando os s lidos de uma pasta n o est o completamente dispersos na suspens o, pode ocorrer migra o ascendente da gua, que acumula-se em bols es nas partes mais elevadas da coluna de cimento. O fen meno cria canais e altera a pasta ao longo da coluna. Resist ncia Compressiva: Tem valor inversamente proporcional raz o guacimento e n o necessariamente densidade. Uma boa resist ncia compress o deve garantir o selamento de canhoneados.

C lculo da Pasta de Cimento: Al m da concentra o de aditivos s lidos e l quidos, o c lculo determina o volume de cimento, peso espec fico e rendimento da pasta, e volume de gua da mistura. O entendimento de algumas defini es se faz importante para a compreens o do c lculo: A concentra o de s lidos dada pela rela o percentual em peso entre o aditivo e um saco de cimento (94 libras). A concentra o de l quidos dada pela rela o em volume entre o aditivo e um saco de cimento (um p c bico). rendimento da pasta o volume da mesma produzido por cada p c bico de cimento. fator gua/cimento a rela o em peso entre gua e cimento, expressa em percentual ou fra o. gua de mistura a gua j misturada todos os aditivos, l quidos ou s lidos, pronta para receber o cimento.

Aditivos para pasta de cimentos. Controladores de filtrado: Diminuem a permeabilidade do reboco de cimento criado e/ou aumentam a viscosidade do filtrado. Dividem-se em duas classes: materiais finamente divididos e pol meros sol veis em gua. A redu o do filtrado previne a desidrata o prematura da pasta, gerando reboco de menor espessura e baix ssima permeabilidade. Aceleradores de pega: Aumentam a taxa de hidrata o do cimento, atrav s do aumento do car ter i nico da fase aquosa. Os mais utilizados s o o cloreto de s dio e o cloreto de c lcio. Retardadores de pega: T m efeito contr rio ao dos aceleradores, decrescem a taxa de hidrata o. Os mais comuns s o celuloses, lignosulfonatos e derivados de a car. Atuam inibindo a precipita o do hidr xido de c lcio.

22

Dispersantes: Reduzem a velocidade aparente, o limite de escoamento e a for a gel das pastas, melhorando suas propriedades de fluxo. Facilitam a mistura da pasta, reduzem a fric o e permitem a confec o de pastas de elevada densidade. Os sulfonatos s o os mais comuns. A adi o de dispersantes pode produzir um efeito secund rio indesej vel: aumento da gua livre e da decanta o dos s lidos, tornando a pasta menor est vel. Adensantes: T m efeito principal oposto ao dos dispersantes, ou seja, aumentam a densidade da pasta. Estendedores: Visam reduzir a densidade ou aumentar o rendimento da pasta. Dividem-se basicamente em tr s categorias: estendedores de gua (permitem adi o de excesso de gua), materiais de baixa densidade e gases.

23

3 - Avalia o da Cimenta o e Perfilagem

3.1 - Introdu o

A avalia o de cimenta o ocorre ap s a instala o dos equipamentos de seguran a e o posterior condicionamento do revestimento de produ o/liner. Avaliar a cimenta o consiste em checar se os in meros objetivos propostos para esta opera o foram alcan ados. Nas cimenta es prim rias, a pasta posicionada no espa o anular entre a parede do po o e o revestimento descido em cada fase de perfura o tem v rios objetivos al m de suportar o peso dos tubos. Por exemplo, no revestimento condutor, o objetivo impedir a circula o de fluidos de perfura o e uma poss vel corros o de a os. No de superf cie, o cimento visa proteger horizontes superficiais de gua e suportar equipamentos e colunas a serem descidos posteriormente. No revestimento intermedi rio, o objetivo isolar/proteger forma es inst veis geologicamente, portadoras de fluidos corrosivos, com press o anormal e/ou com perda de circula o. No revestimento de produ o, o objetivo principal do cimento promover a veda o hidr ulica eficiente e permanente entre os diversos intervalos produtores, impedindo a migra o de fluidos. A exist ncia de uma efetiva veda o hidr ulica entre intervalos produtores de fundamental import ncia t cnica e econ mica, e condiciona o sucesso de etapas subseq entes. A intercomunica o de fluidos por detr s do revestimento pode causar a produ o de fluidos indesej veis, testes de produ o e de avalia o incorretos, preju zo no controle dos reservat rios e opera es de estimula o mal sucedidas, com possibilidades inclusive de perda do po o. Portanto, a decis o de corrigir ou n o a cimenta o prim ria de grande import ncia e deve ser tomada com a m xima seguran a poss vel. Ao longo da vida produtiva dos po os, o cimento tamb m pode ser utilizado para tamponar canhoneados, reparar furos e vazamentos no revestimento, isolar zonas produtoras, combater perda de circula o e efetuar opera es de abandono do po o. Existem diversos m todos para a avalia o da qualidade de uma c imenta o. Dentre os principais, encontram-se os testes hidr ulicos, os testes de press o com diferencial positivo ou negativo, os perfis de temperatura, os tra adores radioativos e os perfis s nicos e ultra-s nicos. A escolha do m todo de avalia o depende dos objetivos de cada trabalho. Vamos tratar especificamente das t cnicas de avalia o de cimenta o mediante perfis s nicos. Este o m todo mais utilizado e que permite efetivamente avaliar a qualidade da cimenta o e a possibilidade de migra o de fluidos.

3.2 - Objetivo da perfilagem s nica

A perfilagem s nica a po o revestido tem como objetivos principias: inferir a exist ncia ou n o de intercomunica es entre os intervalos de interesse, analisar o grau de

24

isolamento entras as zonas de g s, leo e gua, e verificar a ader ncia do cimento ao revestimento e forma o.

3.3 - Ader ncia do Cimento

O principal objetivo da cimenta o prim ria fornecer um bom isolamento hidr ulico entre as diversas zonas perme veis, impedindo a movimenta o de fluidos, seja l quido ou g s, pelo espa o anular formado entre o revestimento e a forma o. 3.3.1 - Tipos de ader ncia Os principais tipos de ader ncia s o: Ader ncia Mec nica (Shear Bond Strength): definida como sendo a raz o entre a for a requerida para iniciar o deslocamento de um tubo cimentado e a rea lateral de contato.

Geralmente expressa em psi e traduz o grau de ades o entre o cimento e o revestimento. Ader ncia Hidr ulica (Hydraulic Bond): definida como a press o de l quido que, aplicada na interface revestimento/cimento ou forma o/cimento, provoca vazamento. expressa em psi e corresponde a ader ncia que impede a migra o de fluidos.

3.3.2 - Fatores que influenciam a ader ncia do cimento Os principais fatores relacionados s falhas de ader ncia nas interfaces entre revestimento, cimento e forma o, s o: Rugosidade da parede externa do tubo: A ader ncia mec nica e hidr ulica grandemente afetada em fun o do tipo de acabamento ou rugosidade da parede externa do revestimento. Quanto maior a rugosidade, maior a ader ncia. Filme de lama e canaliza es na interface: A correta remo o da lama de perfura o apontada como o fator mais importante para se evitar o fluxo de fluidos entre os diferentes horizontes perme veis. Tipo de fluido no anular: A ader ncia sofre altera o em fun o do tipo de fluido que molha a superf cie do tubo. Inserir tabela 3.2

25

Microanular Pequenos canais provocados pela expans o/contra o do revetimento. Varia es de press o e temperatura podem induzir a deforma es no revestimento, que modificam as tens es no cimento e nas interfaces, possibilitando a quebra de ader ncia e o aparecimento de um pequeno espa o entre o revestimento e o cimento, chamado de microanular. Geralmente admite-se que n o h fluxo pelo microanular devido s suas dimens es reduzidas, da ordem de 0,1mm. Devido redu o parcial ou total da ader ncia na interface, o microanular interfere no perfil s nico, induzindo a uma interpreta o equivocada. Uma solu o para isto, e a corrida de um perfil pressurizado, de forma a promover a expans o do revestimento, resgatando assim a ader ncia na interface.

3.4 - Movimento Ondulat rio

3.4.1 - A Onda - Conceitos B sicos A propaga o de energia ac stica em um meio el stico se faz atrav s de ondas mec nicas. Entende-se por meio el stico aquele que uma vez deformado volta ao estado inicial ap s cessar a causa perturbadora, como os l quidos e os s lidos. Quando um ponto de um meio cont nuo experimenta uma modifica o qualquer em suas condi es f sicas devido a uma perturba o ou abalo impelido por uma fonte ou centro emissor de excita o, h uma propaga o progressiva do choque mec nico a todos os pontos do meio, gerando um movimento oscilat rio com o deslocamento de cada um desses pontos em rela o sua posi o de equil brio, sem que o meio se desloque como um todo. Entende-se por onda o conjunto de todas as diferentes posi es assumidas por uma part cula de um meio e