Modelagem e otimização de manobras em processos de perfuração de poços de petróleo e gás

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Slongo, Juliano Scholz
• Orientador(a): Neves Junior, Flavio
• Banca de defesa: Neves Junior, Flavio, Arruda, Lucia Valeria Ramos de, Oliveira, Gustavo Henrique da Costa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Engenharia do petróleo; Poços de petróleo - Perfuração; Plataformas de perfuração; Campos petrolíferos - Métodos de produção; Gás - Escoamento; Engenharia elétrica; Petroleum engineering; Oil well drilling; Drilling platforms; Oil fields - Production methods; Gas flow; Electric engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::PESQUISA OPERACIONAL::PROGRAMACAO LINEAR, NAO-LINEAR, MISTA E DINAMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3124

O controle dos gradientes de pressão resultantes da movimentação axial da coluna de perfuração durante a execução de manobras em procedimentos de perfuração são um grande desafio a ser superado. Altas velocidades axiais impostas à coluna de perfuração podem gerar gradientes de pressão de magnitudes suficientemente grandes a ponto de levar a pressão no interior do poço para além dos limites seguros definidos pelas pressões de poro e de fratura da formação, resultando em perdas de recursos, danos ao reservatório poroso e riscos de acidentes. Por outro lado, a adoção de políticas conservadores com relação à velocidade axial da coluna de perfuração resultam em subutilização da infraestrutura instalada, grandes períodos de operação e aumento do tempo não produtivo, significando desperdício de recursos operacionais e financeiros. O presente trabalho apresenta um modelo de otimização da movimentação axial da coluna de perfuração baseado em um modelo matemático para o escoamento compressível e transitório resultante da realização de uma manobra. O modelo representativo do processo é baseado nas equações de conservação de massa e quantidade de movimento que são solucionadas através do método das características. O poço e a coluna de perfuração são modelados por duas tubulações de diâmetros distintos, concentricamente posicionadas. Os escoamentos no interior da coluna de perfuração e no espaço anular são também modelados. Contudo não se considera a existência de broca ou equipamentos instalados ao longo da coluna. As extremidades superiores da coluna de perfuração e do espaço anular são consideradas abertas para a atmosfera e o nível de fluido no interior do poço é dito constante. O fluido é considerado newtoniano de alta viscosidade, sendo que as características de compressibilidade, viscosidade e tensão limite de escoamento são tomadas como constantes. O escoamento é modelado como unidimensional, laminar e isotérmico em que os efeitos viscosos são avaliados através do conceito de fator de atrito. A existência de cascalhos ou influxos de hidrocarbonetos é desconsiderada. Simulações são realizadas a fim de verificar os efeitos da velocidade e da aceleração nos gradientes de pressão experimentados. Os efeitos da geometria do poço e das propriedades reológicas do fluido de perfuração são também analisados. Os resultados demonstram que aceleração da coluna de perfuração está diretamente relacionada à taxa de variação da pressão ao longo do poço, enquanto a velocidade relaciona-se especialmente à magnitude do pico de pressão. Os aumentos da profundidade do poço, da viscosidade do fluido de perfuração e o estreitamento do espaço anular fazem com que os gradientes de pressão sejam maiores e que a dissipação da energia da onda de pressão aconteça mais rapidamente. O modelo de otimização se mostrou efetivo na redução do tempo de operação e no respeito às restrições implementadas.