Aula 5 - Canhoneio parte 1

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Canhoneio - Perfuração
• Objetivo do canhoneio é estabelecer uma comunicação entre o poço 
e a formação.
• Isto é conseguido através de furo/orifícios através do revestimento, 
cimento e formação.
• A capacidade de entrada do reservatório não deve ser inibida.
Introdução
• Produtividade e injetividade do poço dependem principalmente
proximidade chamado fator pele (skin) e da queda de pressão.
• O fator skin (pele) é uma função de:
- Tipo de completação;
- Danos na formação;
- Canhoneio
• O fator pele (skin) é alto e produtividade reduzida quando:
-Dano de formação é grave (invasão de fluidos de perfuração e 
completação varia de polegadas a alguns pés)
- O canhoneio não se estendem para além da zona invadida.
Introdução
• A penetração profunda:
- Aumenta o raio eficaz do poço
- Intercepta mais fraturas natural se estiverem presente
-Previne/reduz a produção de areia, reduzindo queda de pressão 
através intervalos perfurados.
• Formações de alta resistência e reservatórios danificados beneficiam
mais de perfurações profundas-penetrante.
Introdução
• As cargas explosivas são dispostas e alojadas de forma conveniente em
canhões.
• Uma vez estando o canhão posicionado em frente ao intervalo desejado 
é acionado um mecanismo de disparo que detona as cargas explosivas.
• Estas cargas são devidamente moldadas de forma a produzirem jatos de
alta energia, com velocidades de até 9.000 m/s,.
• Incidem numa pequena superfície do revestimento geram pressões da 
ordem de 5.000.000 psi e promovem a perfuração no revestimento, 
cimento e formação.
Introdução
Introdução
Introdução
1- Forma da carga de perfuração
• A forma da carga em evoluiu a partir do bazooka militar WW2.
• Cargas perfurantes consistem em:
• Um iniciador (espoleta)
• Casco externo
• Explosivo forte
• Revestimento cônico conectado a um cordão de detonação.
1.1- Descrição da deflagação
• O cordão de detonação inicia o iniciador e detona o explosivo
principal.
• O revestimento colapsa para formar o jato de alta velocidade de partículas 
de metal fluidizado do liner de perfuração que são movidos ao longo do 
eixo de carga fornecendo a força necessária para perfura o revestimento, o 
cimento e a formação.
• O detonador é acionado por:
• Aquecimento elétrico quando implementado em sistemas de wire line ou, 
mecanicamente um pino de disparo em sistemas de cabeça de queima ou
hidráulicos utilizados em sistemas de tubulação transporte perfurante (TCP)
1.2- Mecanismo de penetração
• O mecanismo de penetração do jato é um “pulso” em vez de uma
explosão, queimação, perfuração ou abrasão.
• Este efeito é conseguido através da perfuração de pressões de 
impacto extremamente altas:
- 3x106 psi no revestimento
- 3 x 105 psi sobre a formação.
• Essas pressões de jato de impacto causa no aço, cimento, pedra, e 
fluidos dos poros um fluxo plástico para fora.
Explosão do cabo de detonação (ordem 
crescente) inflama a carga primer através 
de um pequeno buraco na capsula de 
carga.
A frente carga se expande muito 
rapidamente - tudo na carga devem ser 
simétricos para o melhor desempenho.
À medida que a frente de explosão a carga 
atinge a dobra do liner, vai iniciar o 
processo de formação de "jato".
O liner está deformado e adiciona em 
massa para o jato, não se movendo a mais 
de 20.000 ft/s.
0 μsec
4 μsec
9.4 μsec
16.6 μsec
1.3- Mecanismo de penetração
• Ricochete elástico deixa a pedra danificada pelo choque, os grãos de 
formação pulverizadas e detritos nos túneis de perfuração recém-
criadas.
Assim, o dano da perfuração pode constituído por três elementos:
• Uma zona esmagada
• A migração das partículas finas de formação
• Detritos dentro de túneis de perfuração.
1.3- Mecanismo de penetração
• A zona esmagado pode limitar a produtividade e injetividade.
• Finos e detritos restringem a injetividade e aumentam de pressão da
bomba, o que:
- Diminui o volume de injeção
- Prejudica a colocação ou distribuição de cascalho e proponentes 
(proppants) para controle de areia ou tratamentos de fraturamento 
hidráulico.
1.4- Extensão dos danos perfuração
• A extensão dos danos perfuração é uma função de:
• Litologia
• Resistência da rocha
• Porosidade
• Compressibilidade do fluido de poro
• Teor de argila
• Tamanho de grão da formação
• Desenhos da forma de carga
2- Explosivos
• Explosivos utilizados em perfuração são chamados altos explosivos
secundários (Secondary high explosives).
• Taxa de reação = 22.966 - 30.000 pés/s.
• Volume de gás produzido = 750 - 1.000 vezes o volume original da explosiva.
• Estes explosivos são compostos geralmente orgânicas de nitrogênio e 
oxigênio.
• Quando um detonador inicia a quebra de ligações atômicas dos moléculas,
os átomos de nitrogênio travam com ligações muito mais fortes, liberando
enormes quantidades de energia.
2.1- Tipos de explosivos
• RDX (Cyclotrimethylene trinitramine)
• HMX (Cyclotrimethylene tetranitramine)
• HNS (Hexanitrostilbene)
• PYX Bis(Picrylamino)-3,5-dinitropyridine
• PS (Picryl sulfone)
• Composition B (60% RDX, 40% trinitrotoluene)
RDX é os explosivos mais comumente utilizados para cargas moldadas
(até 300oF ).
Em poços profundos quando a temperatura extrema é necessária e em que as 
armas são expostos a temperaturas de poço por longos períodos de tempo 
HMX, PS, HNS ou PYX é usado.
Poder explosivo também pode variar com a densidade e o tamanho dos grãos
pressionado
2.1.1- Temperatura de estabilidade dos principais
explosivos
Estas curvas são determinadas experimentalmente, sem redução observada no 
desempenho do explosivo. As limitações de tempo e temperatura são obedecidas.
Ultrapassar esses limites arrisca a degradação do explosivos, o que reduz a energia do 
explosivo, mas também gera calor através da reação exotérmica.
Resultados possíveis incluir a saída de gás, a detonação de ordem inferior
(semelhante à queima) e até mesmo auto detonação.
Explosive
Chemical
Formula
Density
(g/cc)
Detonation 
Velocity 
(ft/sec)
Detonation
Pressure (psi)
RDX Cyclotrimethylene 
trinitramine C3H6N6O6 1,80 28.700 5000000
HMX Cyclotrimethylene 
tetranitramine C4H8N8O8 1,90 30.000 5700000
HNS Hexanitrostilbene
C14H6N6O12 1,74 24.300 3500000
PYX Bis(picrylamino)-3,5-
dinitropyridine C17H7N11O16 1,77 24.900 3700000
2.2- SEGURANÇA
• É importante respeitar os explosivos utilizados em operações de
perfuração.
• Eles são perigosos.
• Acidentes podem ocorrer se não forem manuseados com cuidado, ou se 
os procedimentos adequados não forem seguidos.
• Provisão deve ser dada para as operações de contingentes que poderiam 
retardar operações, o mau tempo.
• A recolha e manuseamento de explosivos é uma operação que 
consome tempo.
• Na maioria dos países, necessariamente legislação rigorosa fornece 
controles estritos sobre a compra, transporte e manuseio de explosivos.
3- Armas de Perfuração
• Armas perfurantes são configurados de várias maneiras.
• Existem quatro tipos principais de armas perfurantes:
- Armas revestidas transportado por fios guias (Wireline conveyed casing guns)
- Transportador de armas através de tubulação oca (Through-tubing Hollow 
Carrier Guns)
- Armas em tiras através da tubulação (Through-tubing Strip Guns)
- Armas perfurantes transportadas em tubulações
3.1- Armas revestidas transportado por fios guias
(Wireline conveyed casing guns)
-Geralmente executada no poço antes de instalar a
tubulação.
-As vantagens das armas revestidas sobre as outras 
armas com fio guia são:
• Alto desempenho de carga
• Baixo custo
• Maior temperatura e pressão nominal
• Alta confiabilidade mecânica e elétrica
• Mínimo detritos e danos no revestimento
• Detecção de tiro instantâneo
• Multi-faceamento
• Densidades de tiro variáveis de 1-12 spf (shots per 
foot)
• Velocidade e posicionamento preciso usar CCL/ 
Gamma Ray
3.2- Transportador de armas através de tubulação oca
(Through-tubing HollowCarrier Guns)
- Versões menores de armas de revestimento que 
pode e ser executado através de tubos.
- Elas têm tamanhos inferiores de carga e, portanto, o
desempenho mais baixo, do que todas as outras armas.
- Elas só oferecem faceamento 0o ou 180o
-Densidade tiro máximo de 4 spf na arma de OD 2-1/8” 
e de 6 spf na arma de 2-7/8" OD.
-Devido ao suporte isolador do invólucro que essas armas 
podem ter, eles são geralmente equipados com dispositivos 
de orientação/descentralizadoras
3.3- Armas em tiras através da tubulação
(Through-tubing Strip Guns)
- Armas do tipo semidescarnáveis que consistem em
uma tira de metal em que as cargas são montados.
- Cargas tem um melhor desempenho.
- Causam mais danos e detritos no revestimento.
- Menor confiabilidade mecânica e elétrica.
- Fornecem faceamento de 0o ou 180o.
Por ser capaz de ser executado através da tubulação, 
de perfuração subequilibrada, eventualmente, ser 
aprovadas, mas apenas para o primeiro disparo.
Uma nova versão chamada Pivot Gun tem taxas ainda
maiores para a penetração profunda.
A Pivot gun 
system
3.4- Armas perfurantes a ser transportado na tubulação
(Tubing Conveyed Perforating Guns -TCP)
- Pistolas de TCP são uma variante da pistola de 
revestimento que pode ser executado na 
tubulação.
- Comprimentos mais longos podem ser instalados.
- Comprimentos de mais de 1.000 pés são
possíveis (especialmente útil para poços
horizontais).
Os principais problemas associados com o TCP são:
- Posicionamento da arma é mais difícil.
- O depósito deve ser perfurado mais 
profundamente para acomodar o comprimento 
arma se cair após a queima.
- Uma falha de ignição é extremamente caro.
- Detecção de tiro é mais confiável.
4- Eficiência da perfuração e performance da arma
Otimização da eficiência da perfuração depende amplamente do
planejamento e execução da completação do poço, que inclui:
- Seleção do intervalo perfurado
- Seleção do fluido
- Seleção da arma
- Pressão diferencial aplicada
- Limpeza do poço
- Orientação perfuração
4.1- Recomendações Práticas para a Avaliação de 
Perfuração de um poço
API RP 19B, 1st Edition
Proporciona meios para a avaliação de 
sistemas de perfurantes (múltiplos tiros) de 
quatro maneiras:
- Performance sob temperatura ambiente e as 
condições de teste da pressão atmosférica.
- Na performance de tensões em alvos de 
arenito Berea (do poço simularam 
condições de teste de pressão).
- Como a performance pode ser alterada 
após exposição a condições de 
temperatura elevada.
- Performance do fluxo de uma perfuração no 
âmbito específico de condições de teste de
tensão
A composição química do Berea Arenito ™ 
são bem conhecidos e são os seguintes:
Silica SiO2 93.13%
Alumina AI2O3 3.86%
Ferric Oxide Fe2O3 0,11%
Ferrous Oxide FeO 0,54%
Magnesium 
Oxide
MgO 0,25%
Calcium Oxide CaO 0,10%
Permeability Range Availability
Less than 50mD As Available
50-100mD Rare
100-200mD Available - Standard
200-500mD Rare
500-1000mD As Available
Greater than 1000mD Rare
4.2- Performance da arma
Fatores que afetam o desempenho arma incluem:
- Resistência à compressão e porosidades das formações.
- Tipo de cargas utilizadas (tamanho, forma).
- Alinhamento da carga.
- Contaminação por umidade.
- Padrão da arma.
- Espessura de revestimento e cimento.
- Múltiplos revestimentos.
4.2- Performance da arma
• É necessário que os engenheiros obtenham o máximo de dados 
precisos junto aos fornecedores e usar dados históricos da empresa, 
a fim de ser capaz de fazer a melhor escolha de arma.
• Devido ao problema de restrição de fluxo, os fatores importantes que
devem ser consideradas incluem:
- Diâmetro do furo para alcançar a área fluxo adequado.
- Densidade tiro para alcançar a área fluxo adequado.
- Faceamento do tiro, penetração, remoção de detritos.
4.3- Efeito da centralização
Exemplo previsão penetração perfuração
4.4- Efeito da Resistência a compressão
sobre a formação
Outros fatores, como o tamanho do grão, porosidade, fluidos conatos e
pressão sobrecarregar também afetam a penetração perfuração.
4.4.1- Tamanho do furo
O tamanho do furo obtida é uma função do grau de revestimento e
deve ser a seguinte:
• Entre seis milímetros e 12 mm para a completação naturais.
• Entre 15 milímetros e 25 milímetros em completação com gravel 
packed.
• Entre 8 milímetros e 12 milímetros de fraturamento se a fratura é
realizada com esferas de selantes forem usadas.
4.4.2- Densidade do disparo (Tiro)
• É o número de furos especificados no disparos por pé (SPF).
• Uma densidade de tiro adequada pode reduz a pele da perfuração e 
produção de poços a diferenciais de pressão mais baixos.
• Densidade de disparo, em formações isotrópicas homogêneos deve 
ser um mínimo de 8 SPF, mas deve ultrapassar a frequência de 
lâminas do shale.
• Nota: muitos furos pode enfraquecer a resistencia do revestimento.
4.4.2- Densidade do disparo (Tiro)
• A densidade de tiro maior é necessário quando:
- Permeabilidade Vertical é baixa.
- Existe o risco de produção de areia.
- Há um risco de elevadas velocidades e, portanto, a turbulência.
- Um pacote de cascalho (gravel pack) deve ser conduzido.
4.4.2-Densidade do disparo (Tiro)
• Avaliar o potencial de fluxo de camadas no poço e o destino do
projeto de estimulação destina:
- Vertical, direcional ou horizontal
- Variações da formação, camadas e planos de estratificação
- Projetos de estimulação
- Potencial para o nivelamento de rebaixamento ao longo do poço
- Vazões totais
- Perfurações abertas vs número de perfurações
Cerca de 35% aberta, mais com underbalanced (talvez 50%)