Fluídos de Perfuração Utilização de fluídos de perfuração em HDD

Como utilizar fluídos em Perfuração Horizontal Direcional

FLUÍDO DE PERFURAÇÃO PARA HDD

A perfuração horizontal necessita de uma cuidadosa revisão das características do fluido de perfuração visando otimizar a produtividade e a relação custo-benefício da obra. O desenvolvimento contínuo de novas técnicas de perfuração direcional, de equipamentos / ferramental e técnicas de reforçam a necessidade de promover um melhor entendimento dos fluidos de perfuração para sondagens horizontais.

 

FLUÍDO DE E SUA FUNCIONALIDADE NA PERFURAÇÃO HORIZONTAL DIRECIONAL

Qualidade do reboco

Controle viscosidade e filtração

Suspensão e limpeza do furo

Polímero inibidor de argilas

Controle de perdas por filtração

Afinante

Qualidade/lubrificação do reboco

 

 

A experiência demonstra que a variedade de regiões e formações designadas para furos horizontais sugerem que a seleção do fluido seja flexível, mas que tenham prerrogativas comuns. Estas incluem estabilidade do poço, limpeza do furo, prisão diferencial, danos a formação, torque e o arraste dos recortes durante a sondagem.

 Experiências no Alasca, Austin Chalk no Texas, Wilcox no Mississipi, bancos de areia na Venezuela, no Mar do Norte, na Indonésia, e no litoral brasileiro, demonstraram a importância do fluido de perfuração para esta finalidade. Enquanto a ênfase varia, todos os poços horizontais requerem uma atenção adicional nas propriedades dos fluidos, os quais ajudam a assegurar o sucesso da operação de sondagem.

Embora os fluidos a base de óleo ofereçam resultados consagrados nas perfurações com orientação horizontal, resultados também bastante positivos de programas que utilizam fluidos a base de água acabaram por oferecer uma alternativa viável e ecologicamente mais aceitável que os primeiros e são estes usados largamente em HDD.

Estas experiências forneceram dados suficientes para se poder selecionar os componentes principais dos fluidos a base de água.

 

PRERROGATIVAS PARA ESCOLHA DO FLUÍDO DE PERFURAÇÃO

 

Estabilidade do furo

Seções de construção angulosas de muitos poços horizontais incluem seções argilosas. A presença de uma parede irregular na curva, causada pelo inchamento (hidratação) das argilas, resulta em linhas de perfuração deslocadas lateralmente. O diâmetro irregular na curva complica o transporte das partículas e pode induzir a prisão diferencial.

A estabilidade do furo pode sofrer prejuízos comparada com um furo vertical similar, já que   a   trajetória   da sondagem rotativa segue a direção horizontal. Esta mudança de orientação do cisalhamento da formação pela característica horizontal do poço introduz uma grande probabilidade da necessidade de aumento do peso do fluido para manter a estabilidade das argilas. A fig. 1 demonstra um melhor entendimento do potencial do problema.

O fluxo turbulento no espaço anular pode acarretar problemas para manter a estabilidade do poço. Algumas formações demonstraram tendência de alargar o furo com fluxo turbulento. O furo resultante assume uma geometria no trecho alargado onde o fluido configura-se como fluxo laminar. O transporte excessivo de detritos neste ponto pode causar o entupimento da tubulação. A turbulência pode ser detectada pelo monitoramento do fluido e o fluxo laminar estabelecido pelo ajuste do índice de cisalhamento e adição de viscosificantes.

 

Fig. 1   Análise das Forças Atuantes no Furo

 

Fatores que afetam a estabilidade do furo incluem a tolerância da formação para o desgaste erosivo provocado pelo fluxo turbulento, presença de argilas hidratáveis, limites hidráulicos e bombas de lama (tabela 1), e resistência a compressão da formação. Produtos como afinantes, irão minimizar as sensibilidades das argilas hidratáveis.

A estabilidade do furo pode ser assegurada com fluido a base de óleo, com furo circulado em fluxo laminar, e com ajuste no peso do fluido que assegure pressão suficiente para estabilizar a formação exposta. Situações localizadas vão definir as necessidades específicas de cada caso.

Limpeza do furo

O transporte dos detritos de perfuração na parte mais baixa da curva e seção horizontal do furo é mais eficiente quando o fluxo que circula pelo espaço anular é turbulento. Esta premissa predispõe uma formação capaz de não erodir em demasia.

Fluxo turbulento pode ser recomendado para o transporte quando:

  1. O furo permanecer em avaliação constante para detectar possíveis efeitos colaterais
  2. Um número de Reynolds acima de 4000 é sustentado em todo trecho de geometria (curva ou reta) mais longa.
  3. Somente partículas geradas pelo bit são transportadas (não as resultantes de erosão).
  4. Pressões mecânicas de acordo com o índice de cisalhamento requerido.
  5. Velocidade anular elevada é aplicada (+ 165 pés/min como micro túnel).

A velocidade anular adequada (mínima) deve existir, independente de fluxo laminar ou turbulento. Em furos menores que Ø10”, 165 pés/min é sugerido como velocidade mínima (Tabela 1). Em furos mais largos, a velocidade diminuirá, o que complica as coisas.

O meio físico impõe limites mecânicos e hidráulicos. Ferramentas como motores hidráulicos, quedas de pressão na linha de perfuração e a capacidade dos equipamentos de superfície devem ser considerados quando determinadas taxas de fluxo, acompanhadas de parâmetros hidráulicos, são estimadas. Especificações hidráulicas das ferramentas de perfuração devem ser identificadas pelo seu limite de velocidade, ou diminuição de pressão, e podem requerer um ajuste na reologia do fluido para compensar.

Furos mais largos em depósitos sedimentares recentes (quaternário) podem requerer fluxo laminar, elevada viscosidade (baixa taxa de cisalhamento), maior rotação da linha de perfuração e trajetórias de fluido predominantemente ascendentes. Em deposições recentes, argilas hidratáveis e com baixa compactação são típicas. O fluido de perfuração deve ser inibidor e requerer agravamento de peso. A formação pode não tolerar fluxo turbulento.

Furos menores em formações mais consolidadas, em uma baixa taxa de penetração, podem ter eficiência de limpeza com fluido de baixa viscosidade e alta taxa de cisalhamento.

Um furo produzindo lama com muita argila pode ser o pior caso para a limpeza em ângulos elevados. As partículas grandes e o farto volume de material entrando no furo pode facilmente entupir a tubulação. O caso é raramente remediado e o furo horizontal acaba desmoronando, a não ser que o trecho problemático seja isolado. Fluxo laminar e grandes viscosidades com a tubulação em perfuração recíproca (indo e vindo) e rotativa pode limpar o furo, permitindo que o fluxo se restabeleça. A seção deve ser fechada a priori para recomeçar as operações de perfuração horizontal.

Lubrificantes viscosos podem ser aplicados na seção vertical ou acima da curva para ajudar a descarregar os detritos ou então carreá-los ao longo da linha de perfuração nas seções ascendentes. Mas somente lubrificante não é capaz de arrastar os recortes já depositados no poço horizontal. Alto nível de energia mecânica deve ser injetado para reiniciar o arraste dos sólidos depositados.

A marcha-a-ré, top drive ou perfuração recíproca com rotação enquanto circula com velocidade anular alta ajudará o fluido a re-suspender e remover o material decantado. Resultados positivos foram registrados quando uma fina, turbulenta circulação foi seguida de uma lama espessa, viscosa, capaz de remover os materiais decantados.

Nos fluidos que visam o transporte de detritos, considera-se seguro uma alta velocidade anular. Analisa-se a eficiência teórica de transporte das grandes partículas como sendo a requerida na situação real. Ajusta-se assim os parâmetros para remover tais partículas de maneira eficiente levando-se em conta a menor velocidade de arraste possível. 

 

 

Tabela 1. Débito de bomba (em galões / min) para velocidade anular de 165 pés / min

 

Diâmetro do furo

Tamanho do tubo de perfuração

              5’’                                   4½’’                            3½’’

121/4

842 GPM

874 GPM

 

105/8

592 GPM

624 GPM

 

95/8

456 GPM

488 GPM

 

81/2’’

318 GPM

350 GPM

404 GPM

5/8

223 GPM

255 GPM

309 GPM

61/8’’

 

116 GPM

170 GPM

43/4

 

16 GPM

69 GPM


 

 

Prisão Diferencial

Poços horizontais são frequentemente perfurados em formações exauridas (tornaram-se secas pelo rebaixamento do nível). Quando estas formações são perfuradas com um ângulo alto, a probabilidade de prisão diferencial aumenta. As cargas laterais da linha de perfuração aumentam na curva e consequentemente as áreas de contato desta com formação e reboco. Um aumento do peso do fluido pode ser requerido para estabilizar o furo. Estes fatores combinados causam o problema.

Baixa taxa de filtrado e qualidade de reboco minimizará a possibilidade de prisão diferencial. Sólidos de perfuração devem ser controlados a taxas mínimas, tomando cuidado de manter a distribuição correta dos tamanhos de partículas. O peso do fluido deve ser monitorado e ajustado ao mínimo necessário. Um suplemento lubrificante pode reduzir o coeficiente de fricção do reboco, reduzindo ainda a possibilidade de prisão diferencial.

 

Danos à Formação

Como desenvolvimento de métodos complementares para poços horizontais, técnicas de controle para danos à formação são desenvolvidas. Alinhamentos estruturais preexistentes (falhas e fraturas) são utilizados com mais frequência do que em poços convencionais. A remoção do reboco e a mínima invasão de sólidos carregados pelo filtrado é fundamental dentro dessas condições.

Zonas fraturadas podem ser sensíveis para sólidos em suspensão. Ultimamente áreas de produção em reservas fraturadas tem se tornado prática usual perfurar sessões horizontais e colocar o poço para produzir com esta configuração. Poços de monitoramento e prevenção de poluição devem ser cuidadosamente considerados antes desta tentativa, entretanto. Projetos específicos de fluido de perfuração para operações mais convencionais de fluido de perfuração devem incluir um agente transportador com uma partícula de tamanho selecionado para minimizar a intrusão do fluido e a rápida formação do reboco.

Fluido com controle de perdas é recomendado com produtos selecionados para cada caso. Conteúdos argilosos são minimizados, a densidade do fluido deve ser a requerida pelo controle de estabilidade do poço.

 

Torque e Tração

Em um poço horizontal, as forças laterais entre a linha de perfuração e a parede do poço são altas. Essas forças laterais são convertidas para torque da linha de perfuração e torque através da fricção. Um alto coeficiente de fricção entre o furo e a linha de perfuração resulta em um alto torque e tração. O tipo de formação, a aspereza da superfície da linha de perfuração e o fluido afetam o coeficiente de fricção. Fluidos a base de óleo criam um filme lubrificante entre a ferramenta de perfuração e o furo suficientemente forte para proporcionar um baixo coeficiente de fricção. Fluidos a base de água irão contar com um aditivo lubrificante reduzindo seus altos coeficientes de fricção.

A adição de fluidos poliméricos usados em formações de baixa pressão reduz torque e tração. Lubrificantes minerais são mais ecológico, e reduzirá o coeficiente de fricção do fluido a base de água mais complexo, em condições de rigoroso controle ambiental. O lubrificante deve ser adicionado de forma regular e antecipada para manter a redução em torque, tração.

Enquanto se estiver construindo o ângulo de perfuração, torque e tração pode ser o resultado da alta pressão lateral dos estabilizadores. Lubrificantes de fluido de perfuração convencionais dificultam a correção do problema. Um lubrificante ‘’sólido’’ pode auxiliar nessas condições se um lubrificante convencional é insatisfatório.

A presença de depósito de detritos pode aumentar torque e tração. Também, uma trajetória irregular no furo pode resultar em altos níveis de torque e tração.

Corrigir a trajetória irregular pode ser a resolução mais satisfatória para resolver o problema neste caso. A possibilidade de lubrificantes serem introduzidos para reduzir torque e tração em condições de alta pressão lateral terá menor eficiência aqui.

Lubrificante é muito útil mesmo assim.

 

FORMULAÇÃO DE FLUIDO DE PERFURAÇÃO PARA POÇOS HORIZONTAIS

 

Uma formulação básica para poços horizontais com poucas modificações pode   ser   usado   em   lamas   de    peso agravado para 11 lb/gal, enquanto lamas de peso mais alto podem necessitar de dispersante.

 

SUGESTÕES PARA COMPOSIÇÃO DOS FLUIDOS P/ POÇOS HORIZONTAIS

A invasão na formação é minimizada com a redução rápida do filtrado já que um reboco é formado com a retenção dos sólidos do fluido na parede do furo. A bentonita sódica, mesmo em baixa concentração, promove uma base fina, resistente e de fácil remoção para o reboco. Bentonita sódica é capaz de fornecer esta propriedade, dando base para controle efetivo do filtrado.

Um poli-anaiônico de celulose, aumenta a performance da bentonita sódica elevando a resistência do reboco e reduzindo o filtrado mesmo quando se utiliza uma baixa concentração de bentonita sódica no fluido.

Barita minimiza a penetração do fluido no envoltório por agir formando pontes entre as moléculas do fluido (a barita como sólido inerte, dentro do fluido, promove a aproximação de partículas com cargas elétricas elevando a coesão molecular e dificultando a liberação da fase contínua para o interior da formação). A concentração de barita é ajustada de acordo com o peso necessário para estabilizar o furo, levando se em conta a incorporação dos sólidos no fluido durante a perfuração. A maior necessidade de adição de agentes de coesão ocorre com fluidos novos, limpos (com poucos sólidos incorporados), sendo necessário a adição dos sólidos inertes para essa coesão.

Em um poço estável, a limpeza do furo é controlada pelo o ajuste de velocidade e viscosidade do fluido. Como a velocidade do fluido é previamente conhecida na sessão do furo que está sendo limpa, viscosidade e seu controle é discutido aqui.

O componente básico viscosificante do sistema é a bentonita sódica. Econômica, facilmente controlada e aplicada, esta bentonita serve para múltiplos propósitos. A concentração da bentonita sódica deve ser mantida com o valor sugerido acima. A reologia é ajustada baixando cuidadosamente a adição de defloculantes ou afinantes. Uma alternativa compatível e de se utilizar um viscosificante.

Como análise prévia da sessão do furo que se pretende limpar, também fluxo laminar ou turbulento podem ser requeridos para transportar em circunstâncias variadas. O fluido básico necessita de flexibilidade em sua composição para assumir o fluxo requerido, laminar ou turbulento, com facilidade. Adições de afinantes irão reduzir a viscosidade em sistema de baixa concentração de bentonita, induzindo desta forma um fluxo turbulento com mais facilidade. Água com afinantes reduzirá a viscosidade em sistemas tendo uma alta concentração de bentonita. A viscosidade é aumentada juntamente com viscosificantes. A seleção é influenciada pela taxa de filtrado e a necessidade de encapsular, sendo que se encarregam disto com eficiência. Quando outras necessidades se apresentam é possível com adições de bentonita controlar o índice de cisalhamento. Ele tem que ser baixo na seção angulosa e próximo ao bit para elevar o arraste. E tem que ser alto ao longo da linha de perfuração para proporcionar viscosidade plástica adequada, isto é, baixa.

A necessidade de um lubrificante quando se perfura um poço horizontal é tão efetiva que se pode elegê-lo como um componente básico do fluido. Poços pequenos e com trajetórias próximas ao ideal, ou seja, com mínimo de tortuosidade, podem não requerer um lubrificante. Mas aumentar o peso do fluido de forma que as pressões fiquem distribuídas adequadamente em volta dos bits será beneficiado pela adição de um lubrificante. Lubrificante dispersível em água, é indicado para reduzir torques e trações em todo fluido a base de água. O lubrificante não contém hidrocarbonetos e não exala vapores irritantes. Adicionar o material diretamente no sistema de fluido com concentrações de 1 a 4% (10 a 40 litros/m³). Quanto mais se aumenta a densidade mais é necessário. Desde o início da perfuração, deve-se aplicar uma dosagem constante de lubrificantes.

O mínimo diferencial de pressão e qualidade de reboco ajudará a eliminar a prisão diferencial. Vários componentes para fluido de perfuração proporcionam a qualidade de reboco e colaboram na lubrificação. A bentonita sódica é responsável pela consistência do reboco que é fundamental para evitar a prisão diferencial.

 Polímero específico reduz a taxa de filtrado, colaborando em tornar o reboco mais resistente e impermeável. Uma alternativa totalmente compatível com a bentonita que deve ser usada desde início, de forma preventiva.

Controle rigoroso de sólidos de perfuração é necessário para se obter um bom reboco. O teor de sólido deve ser inferior ao menor teor conseguido em poços verticais na área em questão.

A capacidade de inibição / encapsulação de e o atributo de controlar filtrados que são chaves para se conseguir um furo estável e calibrado.

A utilização de soda potássica (KOH) também pode ser uma alternativa, pois o K é eficiente na estabilização de argilas.       

fonte fotos AMC

 

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