BASE DE PERFURAÇÃO E MÉTODO PARA CONSTRUÇÃO DEPOÇOS COM INCLINAÇÃO INICIAL SUPERIOR A 45 GRAUS
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção encontra-se no campo dos métodos para aconstrução de poços. Mais especificamente, poços de petróleo, gás einjeção onde o termo construção compreende as operações de perfuração,avaliação e completação. Mais particularmente, a invenção trata daelaboração de uma base de perfuração visando à construção de poçosiniciados com inclinação maior do que 45 graus medidos em relação àvertical, para campos terrestres de baixa profundidade vertical.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A técnica relata métodos de construção de poços, sejam elesterrestres ou marítimos de forma a atingir reservatórios que, sem se referira números específicos, se encontram localizados a uma profundidade quepode ser denominada de razoável a grande - em termos de poçosterrestres, e de águas fundas a ultraprofundas - em termos de poçosmarítimos.
No entanto existem reservatórios com uma possibilidade deprodução economicamente viável, mas que se encontram em umasituação de baixa profundidade vertical, na faixa entre 200 m a 400 m epodem estar, ainda sob o solo submarino em lâmina d'água classificadacomo ultra-rasa, na faixa entre 1 m a 10 m.
A utilização de sondas convencionais para um caso envolvendouma ou mesmo as duas situações de localização acima descritas épraticamente impraticável, se for levado em conta que estas áreas podemter alta densidade em termos de componente populacional, a quantidadede poços a serem perfurados não é pequena, o impacto ambiental é alto eas medidas de prevenção destes impactos elevam em demasia os custospara um projeto desse porte. Do ponto de vista puramente técnico,geralmente poços horizontais para estas características apresentamlimitações em relação ao comprimento do trecho final de perfuração de21,59 cm de diâmetro (8,5 polegadas), que necessita ter pequenocomprimento.
A técnica ainda se ressente da possibilidade de construir poços comperfil horizontal de grande extensão, comumente classificado e nomeadopelo termo em inglês "extended reach", pois a necessidade de iniciar aperfuração de forma vertical ou com inclinação máxima de 45 grausimpossibilita o emprego de peso suficiente para atingir grandes alcances.Essa classificação é dada pela razão entre o afastamento e a profundidade vertical. Ainda não há disponibilidade tecnológica para viabilizar projetosdeste porte.
TÉCNICA RELACIONADA
A técnica relacionada ao método objeto do presente invento tem aver diretamente com os equipamentos de perfuração existentes que são amaior causa de inviabilidade de projetos para construção de poços com ascaracterísticas já abordadas. Portanto, a seguir, serão analisados osequipamentos existentes e as razões pelas quais as limitações destesequipamentos inviabilizam a execução do método para construção depoço, alvo da presente invenção.
- Sondas Convencionais de Perfuração
Tipo de Grande Porte, tipo "Jack-Up", tipo "Slant-Rig"Normalmente estes equipamentos apresentam uma potência acima de1500 hp, apresentam capacidade para perfurar poços verticais de, pelomenos, 4000 m e um último trecho de poço em um diâmetro de aproximadamente 21,59 cm (8,5 polegadas). A característica que maisressalta neste tipo de sonda é o aproveitamento da força da gravidadeterrestre como componente de peso atuante sobre a broca nas etapas deperfuração, assim como nas etapas de descida tanto de revestimentosquanto de colunas no interior do poço. Em termos de cargas envolvidas,para qualquer um dos tipos enumerados, toda a potência envolvida é detração.
Se por um lado esses tipos de equipamento apresentam comopontos positivos uma hidráulica adequada para limpeza de longos trechoshorizontais, operação de equipamentos de medição e para controle dedirecionamento, por outro lado apresenta a desvantagem de, por maiorque seja sua capacidade, não apresentar uma maneira adequada pararealizar uma transmissão eficiente de peso para efetuar uma descida deuma coluna de perfuração ou descida de um revestimento em umreservatório considerado raso, o que compromete a extensão do trechohorizontal.
A operação de perfuração precisa ser efetuada em uma trajetóriaque apresente um ganho de ângulo desde uma profundidade muitosuperficial. Este ganho de ângulo, por sua vez, tem taxas muito altas("build up rate"). Isto resulta em poços que apresentam problemas pararealização de manobras, assim como um controle efetivo de trajetóriadirecional. Outros problemas são encontrados durante a produção:operação de bombas, hastes e, para perfuração do último trecho horizontal- a trajetória do poço tende a ficar com um ângulo maior do que 90 graus.
Para, este caso, o último trecho horizontal tem que ser reduzido para umdiâmetro de 15,55 cm (6 1/8") aproximadamente e limita o revestimento deprodução a 12,7 cm (5") de diâmetro.
Ainda nesta categoria têm-se as sondas do tipo "slant-rigs". Estetipo de sonda é de grande porte, mas não é convencional. Estas sondassão inclinadas desde o início do poço em um ângulo que pode variar entre0o a 45° com a vertical. São utilizadas em reservatórios rasos onde, emuma mesma locação, é necessário perfurar muitos poços. Este tipo desonda permite "comprimir" colunas de revestimento por meio de umsistema de polias para facilitar a descida em poços longos. Este sistema éutilizado para promover peso sobre a broca e é um fator Iimitante emrelação ao afastamento. Como ponto negativo tem-se a necessidade degrande locação e alto custo envolvido, além deste equipamento serescasso no mundo.
Tipo de Pequeno Porte:
Geralmente são sondas que apresentam potência abaixo de1500 hp apresentam capacidade para perfurar poços verticais de, até,2500 m e um último trecho em um diâmetro de aproximadamente 21,59 cm(8,5 polegadas). Este tipo de sonda apresenta características iguais emrelação às sondas de grande porte, a menos do fator potência, seu grandediferencial.
Podem ser citados como aspectos positivos, por exemplo, um custooperacional considerado mediano. Em termos de locação, também éconsiderada média, que contribui para diminuir um possível impactoambiental.
Como pontos negativos têm-se uma hidráulica pobre quecompromete as operações de limpeza em trechos que apresentem grandeinclinação, principalmente em longas seções horizontais. Da mesma formaque as sondas de grande porte, não possuem uma maneira adequadapara realizar uma transmissão eficiente de peso para a broca durante aperfuração, efetuar uma descida de uma coluna de perfuração ou descidade um revestimento, o que compromete a extensão do trecho horizontal.Como apresenta uma capacidade de carga mediana, há umcomprometimento em relação à seção horizontal que passa a sofrerlimitações, mesmo que seja considerado um diâmetro de revestimento deprodução na ordem dos 12,7 cm (5"). Da mesma forma que as de grandeporte, a perfuração do poço implica em uma trajetória de ganho de ângulodesde uma profundidade considerada superficial e resulta em um poçocom difíceis condições para manobras e dificuldades na operação combombas e hastes.
- Sondas de Produção Terrestre Modificadas
São sondas utilizadas comumente em completações e intervençõesterrestres. Este tipo de sonda não é dimensionado para operações deperfuração de poços e, por isso precisam sofrer adaptações para este tipode serviço. As modificações em geral envolvem instalação de bombas,sistema de superfície, sistema de segurança contra influxo de óleo ou gás("BOPs") em perfuração e mesa rotativa.
Como vantagem, há o baixo custo operacional com uma locaçãoreduzida e baixo impacto ambiental. Todavia, apresenta todas asdesvantagens apontadas para as sondas convencionais de pequeno porte,porém em maior grau.
- Perfuração por Tubo Bobinado ("Coiled tubing drilling")
Utiliza uma tubulação contínua e de longo comprimento, a qual éenrolada em um carretei normalmente preso a uma unidade móvel degrande capacidade de sustentação. Esta tubulação é desenrolada docarretei e, a seguir, introduzida em um poço e, ao acabar a operação éenrolada novamente no carretei. Dependendo do diâmetro da tubulação edo tamanho do carretei, esta pode variar entre 600 m a 4500 maproximadamente.
Apresenta como vantagem a rápida movimentação entre locações euma locação temporária reduzida e baixo impacto ambiental. Apresentatambém uma possibilidade de utilização de um sistema limitado paratransmitir peso sobre as brocas por compressão desde a superfície. É boapara intervenções e aproveitamento de poços antigos com abertura dejanelas e perfuração multilateral. Por outro lado, a hidráulica utilizada nãodispõe de muitos recursos e compromete a limpeza em trechos horizontaise mesmo o funcionamento das ferramentas de medição e controledirecional. Neste tipo de unidade, estas ferramentas são especiais, maisraras e de muito maior custo. Outra desvantagem é a baixa capacidade decarga e de transmissão de peso sobre as brocas. Essa baixa capacidadelimita a seção do poço horizontal a diâmetros de aproximadamente 15,55cm (6 1/8") ou mesmo menores. Baixos diâmetros de coluna, como valoresentre 6,0 cm (2 3/8") e 9,0 cm (3 1/2") adicionalmente são Iimitantes deafastamentos máximos por causa do diâmetro dos carretéis onde atubulação é acondicionada. Outros fatores Iimitantes envolvem anecessidade de um poço vertical com revestimento de superfícieassentado de forma a fazer uma saída lateral com raio curto ou médio e,por fim, custo operacional muito alto.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É um objetivo da presente invenção um método para a construçãode poços de petróleo, de gás e de injeção onde o termo construçãocompreende as operações de perfuração, avaliação e completação em umcenário que compreende poços iniciados com inclinação, por exemplo,maior do que 45 graus medidos em relação à vertical para camposterrestres de baixa profundidade vertical.
O objetivo é alcançado por meio de um método no qual um primeiropasso compreende a construção de uma base de perfuração quecontempla as necessidades de ancoramento de uma sonda, aliadas aoespaçamento entre as cabeças de poços e à quantidade de equipamentosa serem incorporados. Após a construção da base são realizadas váriasetapas de perfuração, com estágios de tubulação de diâmetros diferentes,em função da extensão de solo a ser perfurado, seguida de etapas decompletação, elevação e intervenções.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
As características do método para construção de poços cominclinação, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas apartir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título deexemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais sãoparte integrante do presente relatório.
A Figura 1 é uma representação esquemática de uma base deperfuração de acordo com a presente invenção.
A Figura 2 é uma representação esquemática em vista lateral deuma célula ante-poço segundo a presente invenção.
A Figura 3 é uma representação esquemática de uma fossa detransferência de fluidos segundo a presente invenção.
A Figura 4 é uma representação esquemática da sonda deperfuração e seus equipamentos associados adaptada sobre o centro dabase de perfuração de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A descrição detalhada da preparação da base e do método paraconstrução de poços inclinados, objeto da presente invenção, será feita deacordo com a identificação dos componentes que o formam, com base nasFiguras acima descritas.
A presente invenção se refere a um método para a construção depoços de petróleo, de gás e de injeção onde o termo "construção"compreende as operações de perfuração, avaliação, completação do poçoe intervenções em um cenário que compreende poços iniciados cominclinação, por exemplo, maior do que 45 graus para campos terrestres debaixa profundidade vertical, a partir de uma base de perfuração especial.
O objetivo é alcançado por meio de um método de construção depoços com inclinação inicial, que resumidamente compreende osseguintes passos:
- construção de uma base especial de perfuração;
- perfuração do poço através de aberturas pré-condutoras existentesna base de produção, em múltiplas fases;
- completação do poço e elevação do óleo; e
- operações de intervenção no poço perfurado.
A Figura 1 mostra de uma maneira esquemática uma possívelconcretização de base de perfuração (1) de acordo com a presenteinvenção. A base de perfuração (1) genericamente alia as necessidadesde ancoramento da sonda de perfuração (2) a ser empregada aoespaçamento entre as cabeças de poços (16) (mostrada na Figura 4) e àquantidade de equipamentos a serem incorporados.
Como pode ser notado, esta base de perfuração (1) compreende:uma pluralidade de células ante-poço (11), uma ao lado das outras, emuma disposição substancialmente em arco de circunferência. Cada célulaante-poço (11), mais bem visualizada na Figura 2, é formada por umacalha (12) em formato substancialmente trapezoidal, rebaixada em relaçãoà superfície do solo, com estacas (13) na fronteira entre duas células ante-poço (11) contíguas e localizadas na periferia externa do arco decircunferência. Na parede do trapézio (14) em sua periferia externa,encontram-se aberturas pré-condutoras (15) substancialmenteretangulares, as quais servem como janelas para alinhamento deferramentas antes do início da perfuração do poço e permitem umamargem de ajuste no posicionamento das ferramentas sem prejuízo para oeixo do poço. Em pelo menos um dos extremos do arco de circunferênciaformado pelas células ante-poço (11), e unida da mesma forma a estaúltima, uma fossa de transferência de fluidos (111) (Figura 3) provida decâmaras (112) separadas e comportas (113), é destinada a coletar osfluidos provenientes das células ante-poço (11).
A disposição das células ante-poço (11) contíguas pode se fecharem um perímetro de circulo completo junto a uma fossa de transferênciade fluidos (111).
As estacas (13) na fronteira entre duas células ante-poço (11)contíguas servem como fundação para a base de perfuração (1) e comopontos de ancoragem da sonda de perfuração (2) com atuação no sentidoaxial desta última e, adicionalmente, também evita movimentos de torção.
As células ante-poço (11) fazem parte do sistema ativo de circulaçãoe ficam em frente à sonda de perfuração (2) em vez de sob esta últimacomo nos sistemas convencionais.
A sonda de perfuração (2) (vide Figura 4) a ser instalada sobre abase de perfuração (1) é conhecida na técnica pelo termo em inglês"Horizontal Directional Drilling" (HDD). Este tipo de sonda de perfuração (2)é típica em obras civis, usada normalmente para perfurar "furos detravessia" de passagem de dutos (água, gás, petróleo, vapor, etc.). Éempregada também para a perfuração de poços dentro de ambientesportadores de hidrocarbonetos.
A adequação deste tipo de sonda de acordo com a presenteinvenção apresenta um caráter inédito em se tratando de inclinaçõessuperiores a 45 graus, o que torna possível a perfuração de poçosprodutores ou injetores com alto grau de afastamento em ambientes depouca profundidade vertical. Este tipo de sonda de perfuração (2)originalmente não utiliza equipamento de segurança contra influxo de óleoou gás (18) ("Blow Out Preventor - BOP"), uma vez que não hánecessidade imediata deste tipo de equipamento durante um usoconsiderado normal, onde a operação se dá a baixas profundidadesverticais e, desta forma, não se encontram expostas a hidrocarbonetos,praticando circulação de fluidos em circuito aberto. Um outro fator ligado àoperação deste tipo de sonda de perfuração (2) está relacionado aopessoal envolvido nas operações que, apesar de trabalharemcostumeiramente para a indústria de petróleo, não está habituado oumesmo habilitado para atuar em atividades que englobem riscos degolfadas severas ou influxos de óleo e gás.
Pode ser observado na Figura 4 o posicionamento da sonda deperfuração (2) inclinada sobre o centro da base de perfuração (1) e, acoluna de perfuração (16) (tubo e/ou revestimento) penetrando pelo interiordo poço através do conjunto formado pela cabeça de poço (17) e pelosistema de segurança contra influxo de óleo ou gás (18) ("BOP's").
O sistema de segurança contra influxo de óleo ou gás (18) ("BOP's")é instalado na mesma inclinação do início da perfuração de cada poço eeste fato permite que sondas do tipo HDD possam atuar em poços comfase perfurada dentro de reservatórios de hidrocarbonetos.Inicia-se, então, um segundo passo, que compreende a perfuraçãodo poço através das aberturas pré-condutoras (15), em múltiplas fases,onde uma primeira fase, chamada de condutor, pode ser resultado deperfuração ou cravação e alcançar até 36 m. Uma segunda fase, chamadade superfície, é resultado de uma perfuração convencional, que pode serescolhida entre ser orientada e não orientada, pode alcançar até 200 m euma terceira fase, chamada de intermediária ou produção, sendo estaúltima a denominação oficial em se tratando da última das múltiplas fasesde um mesmo poço, resultado de perfuração convencional orientada.
A faixa de variação das fases: intermediária e produção, dependemsubstancialmente das necessidades de alcance dentro do campo depetróleo ou gás em perfuração, assim como a posterior descida ecimentação de revestimentos.
O terceiro passo a seguir envolve as etapas de completação dopoço e elevação, onde:
a completação é realizada com o auxílio da própria sonda deperfuração (2) e, alternativamente, pode ser realizada por umasonda de menor porte de forma que os poços produtores sejamcompletados, por exemplo, como coluna de 9,0 cm (3 1/2") dediâmetro e os poços injetores sejam completados, por exemplo,como coluna de 7,3 cm (2 7/8") de diâmetro, com árvore de natal(não mostrada na figura) acompanhando a inclinação do poço.a elevação é artificial por meio de bombeio centrífugo submerso("BCS"), podendo alternativamente ser empregado bombeio porcavidade progressiva submerso ("BCPS").
Operações de intervenção podem ser escolhidas entre: ser realizadacom o mesmo tipo de sonda de perfuração utilizado nas operaçõesanteriores e ser realizada por meio de unidades que operem com TuboBobinado ("Coiled Tubing").
A partir da terceira fase, a intermediária, a circulação de fluidodurante a perfuração é feita em circuito fechado, de forma que todo o fluxode fluidos é direcionado ao sistema de tratamento de sólidos diretamente,por meios que podem ser escolhidos entre: cabeça rotativa e um outrodesvio forçado de fluxo de fluido que possa vencer uma elevação mínima de 10 m a partir do solo.
A descida de revestimentos nas diversas fases de perfuração com oemprego de ferramenta que permite circulação de fluidos pelo interior dostubos de revestimento, assim como a sua movimentação axial e rotacionalcompreende o tracionamento das colunas de tubulação entre dois pontose adaptação de cunha de ancoragem dos revestimentos no topo dosistema de segurança contra influxo de óleo ou gás (18) ("BOP1S") comosuporte.
Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma derealização preferida, o conceito principal que norteia a presente invençãoque é um método para a construção de poços de petróleo, gás e injeçãoem um cenário que compreende a perfuração de poços iniciados cominclinação maior que 45 graus em relação à vertical para aplicação emcampos terrestres de baixa profundidade vertical, se mantém preservadoquanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados natécnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações,adaptações e equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho emquestão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo dapresente invenção, que estão representados pelas reivindicações que seseguem.