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A IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE ECONÔMICA NA
PERFURAÇÃO DE POÇOS

 

Raimundo B. Medeiros e Claudio L. R. Vidal
Engenheiros da Cia. de Pesquisa de Recursos Minerais - CPRM

RESUMO

Partindo da premissa de que o tempo de execução é o principal fator a influênciar no custo final de um projeto de perfuração, estando este diretamente relacionado à taxa de penetração da broca, o trabalho mostra a importância da análise prévia das variáveis que compõe a perfuração de um poço tubular, visando a redução dos custos envolvidos.
Como principal parâmetro a influir na taxa de penetração, a broca deve apresentar a melhor performance possível, sendo para isso necessário que a mesma seja adequada ao tipo de formação que se deseja perfurar e que sejam aplicados corretamente o peso e a rotação recomendados.
Outro parâmetro a influênciar à referida taxa, precisando ser bem definido nos projetos de sondagem, é a hidráulica utilizada para deslocamento do fluido de perfuração pelo sistema de circulação. Por isso, é importante que seja elaborado e executado corretamente o Programa Hidráulico do Poço, considerando os equipamentos disponíveis e as necessidades da perfuração.

THE IMPORTANCE OF ECONOMICAL ANALYSIS IN THE WELL DRILLING

Raimundo B. Medeiros e Claudio L. R. Vidal
Drilling Engineers of Cia. de Pesquisa de Recursos Minerais - CPRM
Av. Pasteur, 404 - Urca
Tel : (021)2956097 - Fax : (021)2956347 - E-mail : http://www.cprm.gov.br
CEP : 22.292-040 - Rio de Janeiro - RJ - Brazil

Considering that the time used to conclude the operations is the main factor to influence the final cost of a project of drilling and this time is directly related to the bit penetration rate, this work presents the importance of the previous analysis of the all variables that are involved in the drilling of a wellhole, aiming the reduction of the costs.
The main parameter to influence the penetration rate is the bit, so it has to be adequated to the formation that will be drilling and the hyydraulics parameters of the mud, the weight and rotation recomended have been applied correctly, to present the best possible performance.

A IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE ECONÔMICA NA PERFURAÇÃO DE POÇOS

Raimundo B. Medeiros e Claudio L. R. Vidal
Engenheiros da Cia. de Pesquisa de Recursos Minerais - CPRM
Av. Pasteur, 404 - Urca
Tel : (021)2956097 - Fax : (021)2956347 - E-mail : http://www.cprm.gov.br
CEP : 22.292-040 - Rio de Janeiro - RJ - Brasil

INTRODUÇÃO

O custo total na perfuração de poços, sejam quais forem os métodos adotados para calculá-los, têm preocupado os contratistas em todo mundo, não só pelo efeito do contínuo aumento do custo de vida, que impõe um valor maior a mão-de-obra utilizada, como também pelo elevado preço a que têm atingido os itens de reposição, que, em sua grande maioria, não estão disponíveis no comércio das áreas onde são desenvolvidos os trabalhos. Tais fatos, como se pode compreender, independem do operador contratista, porém, enquanto o primeiro tem vínculo de ordem legal e impossível de ser evitado, o segundo poderá ser perfeitamente superado com a implantação de um serviço de suprimento eficiente.
Considerando que a eficiência de qualquer operação contratada é função do seu custo e que o controle deste e dos fatores acima variam com o tempo, conclui-se que a base de estudo para determinação de medidas eficientes, que permitam maior rapidez na operação, deve ter origem nos princípios básicos de economia da perfuração e da engenharia nela aplicada, pois, do contrário, os valores tenderiam a encarecer ainda mais os custos e desvirtuar a análise, não atingindo os resultados satisfatórios.

ANÁLISE DE CUSTOS NA PERFURAÇÃO

Na análise econômica considera-se que o custo total de um projeto é dado pelo somatório dos diferentes custos incidentes. Na perfuração, como em qualquer análise, estes custos precisam ser determinados e estudados separadamente, para que o estudo apresente resultados satisfatório. A seguir, estão detalhados os tipos de custos a considerar:
Custos Não Recorrentes - São os que incidem de uma só vez no projeto e que não variam com o tempo (fixos), mas que se fazem presentes em toda a operação, como sendo: DTM, fornecimento de água, descida de revestimentos, valor do revestimento a instalar, perfilagem, completação, instalação de equipamento de bombeio, etc.
Custos Diários de Operação - São todos aqueles que variam com o tempo, pois dependem diretamente da operação e cujo valor total varia com o número de dias ou tempo necessário à perfuração do poço. Neste grupo estão: pessoal de sondagem, preço da broca, reparos, amortização e seguro dos equipamentos, suprimento, “overhead”, etc.
Por efeito principalmente deste último, os custos crescem com o aumento da profundidade e mostra que o custo final de um poço está diretamente relacionado ao número de dias que se necessita para realizá-lo. Portanto, este é o principal parâmetro a ser otimizado numa perfuração, para torna-lá mais econômica, resultando num maior lucro ao contratista. Exemplificando, após colocada a sonda em posição de perfuração, as despesas de operação serão as mesmas se a sonda perfurar 10 m ou 300 m num dia.
Assim, na análise do projeto, maior enfâse deve ser dada à redução do tempo gasto a execução dos trabalhos, visando aumentar a velocidade de perfuração. Por isso,deve-se procurar alcançar o máximo rendimento dos materiais e equipamentos utilizados, pois assim estaremos produzindo maior metragem por dia, melhorando a eficiências das operações e reduzindo o custo do poço.

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA SONDAGEM

O sucesso na execução de um projeto de perfuração, da maneira mais econômica possível, obedecendo ao padrão de qualidade exigido, depende da habilidade do operador em otimizar a operação através da utilização racional dos diversos fatores que incidem sobre o custo final. Dentre estes, os que mais se destacam são: o valor de aquisição e número de brocas por poço, metragem total e média perfurada por broca, tempo de manobra e custo de sonda por dia de operação.
O custo por metro perfurado deverá ser sempre determinado para que se avalie o comportamento econômico da broca e da técnica de perfuração empregada. Este importante parâmetro pode ser calculado utilizando-se a seguinte fórmula:

Cm = Cb + [Cs´ (Tm + Tp)]
Mt
Onde:
Cm - custo por metro perfurado
Cb - custo da broca
Cs - custo horário de operação da sonda
Tm - tempo de manobra
Tp - tempo de perfuração
Mt - metragem total por broca

Esta fórmula, que pode ser resumida para Cm = K(Tp/Mt), evidencia que quanto maior a metragem por broca, menor será o custo por metro perfurado. Entretanto, o tempo de perfuração, se for muito alto, acarretará o aumento no custo, razão pela qual deve-se evitar a utilização da broca além da sua produtividade ótima, pois, além do incoveniente do aumento do custo, a ultrapassagem deste limite pode acarretar problemas indesejáveis e de custos não previstos, com riscos até de perda do poço, em decorrência de defeitos mecânicos nos equipamentos, operações de pescarias e ddeficiência na hidráulica do poço.
Ë fundamental então determinar a hora da retirada de uma broca do poço, podendo-se escolher este momento quando da diminuição da velocidade de perfuração ou ao se atingir a metragem mínima exigida por broca. Este último parâmetro pode ser obtido pela construção do gráfico Custo Métrico x Tempo, cujo ponto de inflexão, devido ao aumento do custo métrico, determina o momento de retirada da broca.

A ESCOLHA DA BROCA

A seleção correta da ferramenta a ser utilizada, habilita o operador a produzir um trabalho racional, que lhe permita, no final, auferir lucro, dentro das condições do equipamento disponível. Todavia, tal seleção, até certo ponto, tem sido feita de modo quase aleatório.
Visando melhorar a sistemática de definição da broca, deve-se analisar as seguintes informações: o desenho da broca, as brocas usadas,o perfil geológico de poços vizinhos e as correlações entre o comportamento da broca, as condições geológicas e a execução da operação de perfuração. Destes fatores, o mais significativo são as brocas usadas, pois os seus aspectos podem traduzir as condições operacionais a que estiveram sujeitas, permitindo a correção na próxima broca.
O comportamento de uma broca é medido pela sua velocidade de penetração e pela metragem total obtida, sendo a sua vida útil determinada por uma ou mais das seguintes ocorrências: a) os dentes se gastam, não permitindo a sua atuação na rocha; b) as laterais se desgastam, reduzindo o diâmetro da broca, produzindo um poço menor, podendo acarretar a prisão da broca seguinte; c) os rolamentos da broca se gastam, podendo resultar na queda dos cones no fundo do poço;d) os pinos se partem ou se deformam, pelo efeito continuado do excesso de peso aplicado sobre a broca, dureza da rocha e condições abrasivas da lama de perfuração.
Para se conseguir a melhor performance das brocas, é fundamental que alguns parâmetros sejam também analisados criteriosamente, quando na escolha da broca mais adequada ao projeto. A seguir, estão descritos os .principais parâmetros que devem ser considerados nesta definição.

CARACTERÍSTICAS DAS ROCHAS

Para cada rocha ou grupo de rochas existe um tipo de broca adequado, pois é com base nas propriedades físicas das formações existentes que as brocas são projetadas e construídas. Então, é imprescindível o prévio conhecimento das formações a serem perfuradas, para que se possa escolher a broca de desenho mais compatível com o tipo de rocha, cuja destruição é promovida pelos dentes da broca de três maneiras diferentes.
Cisalhamento - a broca produz a raspagem das rochas, que aliada a uma torção, saca o material raspado, removendo-o da área de ação do dente. O efeito é maior em rochas moles, diminuindo com o aumento da dureza, até que não mais ocorre em rochas duras. Para a produção deste efeito, o eixo dos cones, sobre os quais os dentes estão montados, não passa pelo centro da broca.
Fraturamento - a broca trabalha provocando o efeito de fratura nas rochas, que aliado também a torção, limpa o material fraturado. As brocas para rochas duras produzem este efeito e, neste caso, os eixos das superfícies cônicas, tendem a coincidir com o centro da broca.
Esmerilhamento - O efeito da broca, causado na rocha, é de abrasão e por isto requer uma superfície de contato recoberta por um material mais duro que a rocha. As brocas de diamante são exemplo deste tipo de broca e são usadas para formações muito duras ou abrasivas.
Pelo modo de ação das brocas, conclui-se que para formações duras, os dentes devem ser fortes(base maior que altura) e numerosos na montagem sobre os cones, não sendo necessário que sejam afiados, pois a penetração se dá por efeito pela compressão exercida. Inversamente, para rochas brandas, os dentes devem ser longos, espaçados e afiados, permitindo maior penetração na rocha e maior eficiência, sem a necessidade de muito peso.
Como as características das rochas são variadas, é compreensível que existam brocas de durezas intermediárias, que combinam os desenhos mencionados de acordo com os tipos de formação. Cada fabricante apresenta vários tipos de brocas para atender a todas as necessidades.

DIÂMETRO DA BROCA

Como normalmente é o cliente que determina os diâmetros de perfuração, ao operador contratista cabe dispor de equipamento capaz de atender aos projetos apresentados.
A maioria dos perfuradores demonstram preferência por determinados diâmetros, tendo em vista a capacidade de seu equipamento e as condições geológicas encontradas. São diâmetros que permitem maior facilidade de penetração e menor tempo de perfuração, consequentemente menor custo.
Os menores diâmetros, como é sabido, requerem maior número de brocas e de dias, porém permitem o utilização de equipamentos menores, com maior facilidade de deslocamento e de baixo custo operacional. A disponibilidade de peso sobre a broca, velocidade de rotação e condições hidráulicas do sistema também podem influenciar nesta seleção.

PESO E ROTAÇÃO

É muito importante conhecer qual o peso e a rotação que se deve aplicar sobre as brocas. A prática demonstra que a rotação, quando utilizada com peso suficiente, promove a penetração mais rápida da broca na formação, desde que o cascalho seja removido do poço com velocidade suficiente para que não seja retrabalhado. Geralmente, as brocas de formação mole requerem maior rotação e menor peso, enquanto que as brocas para formação dura requerem o inverso, ou seja, maior peso e menor rotação. Todos os fabricantes de broca possuem tabelas de recomendação para uso de peso e rotação, mínimo e máximo, para cada tipo de broca.
Convém ressaltar que, o simples aumento da rotação não representa vantagem proporcional na penetração, pois enquanto nas perfurações de rochas brandas e de fácil destruição, a alta rotação tem dado bons resultados, nas perfurações de rochas duras, porém, a baixa rotação, produz maior metragem por broca. Em ambos os casos, nunca, porém, sem uma boa limpeza de fundo de poço.

HIDRÁULICA DO SISTEMA DE CIRCULAÇÃO

Outro fator a influenciar o desempenho da perfuração, é a hidráulica a ser utilizada para deslocamento do fluido de perfuração pelo sistema de circulação, sendo, por isso, fundamental que seja elaborado previamente o Programa Hidráulico do Poço, visando determinar o volume de fluido a ser bombeado, a sua velocidade anular e as pressões necessárias para vencer as perdas de cargas existentes no sistema.
Os cascalhos produzidos pela broca são carreados para a superfície pelo movimento ascendente do fluido no anular entre a coluna e a parede do poço. A velocidade do fluido no anular tem de ser alta para que possa remover eficientemente o material cortado, mas não tão alta a ponto de erodir as paredes do poço, podendo variar entre 50 e 200 pés/min. A definição da velocidade anular apropriada, deve considerar a capacidade de carreamento do fluido, o diâmetro do poço, o diâmetro externo dos comandos e dos tubos de perfuração, a taxa de penetração e as formações que estão sendo perfuradas. Além disto, só a experiência numa determinada área, poderá dizer qual a velocidade anular necessária para o poço a ser perfurado.
A pressão, registrada no manômetro, indica as perdas de cargas existentes no sistema. Tal pressão, desenvolvida pelas bombas, é usada para circular o fluido através do sistema composto pelos tubos de perfuração, comandos, jatos da broca e espaço anular do poço. Quando esta pressão não é suficiente para remover os cascalhos do fundo do poço, a taxa de penetração se reduz, mesmo que maiores pesos sejam aplicados, pois o material cortado permanece entre a broca e a rocha, absorvendo grande parte da energia da ação dos dentes, que, ao invés de agirem totalmente sobre a rocha virgem, tendem a retrabalhar o material já cortado, até que, com a redução do tamanho das partículas, possam ser removidas pela fluido. Este problema é mais grave quando se perfura em rocha branda, onde o cascalho produzido é maior, devido ao tipo do efeito causado pela broca na formação. Além disto, não havendo pressão suficiente na lama, esta não consegue limpar os dentes da broca, com sérios prejuizos ao seu rendimento. A íntima relação entre a pressão e a penetração da broca levou os estudiosos a projetarem as brocas a jato.
As teorias mais aceitas para otimização dos parâmetros hidráulicos, a partir da pressão disponível na superfície, estão apresentadas a seguir.
Máxima força de impacto do jato - é a teoria de que a formação será melhor removida debaixo da broca, quando a força dos jatos golpeando o fundo do poço for a maior possível. Pode ser demonstrado matematicamente que essa condição é obtida quando vazões e combinação de jatos são usadas de forma que 48% da pressão disponível na superfície esteja sendo usada para forçar o fluido através dos jatos. Por exemplo, se a máxima pressão for de 1.000 psi, então 480 psi devem ser usados para forçar o fluido através dos jatos e 520 psi serão utilizados para bombear o fluido através do restante do sistema de circulação.
Máxima potência hidráulica - esta teoria diz que a formação será melhor removida se desenvolvermos a maior potência hidráulica possível no fundo do poço. Neste caso, 65% da pressão disponível na superfície deve ser usada para forçar o fluido através dos jatos da broca. Por exemplo, se a máxima pressão usada é 1.000 psi, 650 psi devem ser usados para forçar o fluido através dos jatos e 350 psi para bombear o fluido através do restante do sistema.
Verifica-se, portanto, que cada parâmetro de um programa hidráulico tem a sua importância, como, por exemplo, o volume de fluido em circulação. Se este for baixo, pode acarretar o “enceramento” da broca, que é resultante da adesão de material argiloso e plástico aos cones, podendo provocar o desgaste prematuro dos dentes. Do mesmo modo, não havendo suficiente pressão de circulação na broca e velocidade de retorno compatível (aproximadamente 120 pés por minuto), a limpeza do poço não é eficiente, obrigando o operador a manter longos períodos de circulação, antes da retirada da ferramenta.
Em qualquer condição, é importante a elaboração de um programa hidráulico adequado, visando obter o máximo rendimento da perfuração, porque um programa mal planejado pode ser desastroso. Pode se mostrar como as bombas podem ser facilmente sobrecarregadas se utilizarmos a combinação errada dos fatores acima. Nas perfurações para captação de água subterrânea, a prática recomenda que os programas hidráulicos visem a maximização da força de impacto dos jatos, por ser esta teoria a que absorve menor pressão do sistema.

CONCLUSÕES

Na perfuração de poços, é muito importante a análise econômica de todos dos custos envolvidos, visando a redução do custo final do projeto, porém, apesar da necessidade de se tentar reduzir os custos fixos, maior enfâse deve ser dada aos custos variáveis, objetivando principalmente a otimização do tempo exigido para conclusão dos trabalhos.
É preciso então que sejam otimizados os métodos de perfuração utilizados, a fim de que sejam melhoradas as condições de penetração da broca, sem que se comprometa os equipamentos, cuja capacidade se encontra limitada por fatores de segurança que, sob quaisquer condições, nunca devem ser ultrapassados ou desconsiderados.
Finalizando, como a broca e o programa hidráulico são fatores fundamentais no aumento da eficiência na perfuração e, consequentemente, na redução do tempo a ser gasto, a sua escolha e utilização deve ser regida por parâmetros definidos em estudos prévios, que devem ser sempre realizados, visando o aumento da velocidade de perfuração, pois isto refletirá diretamente no custo total do poço.

BIBLIOGRAFIA

HUGHES TOOL - Manual de Brocas;
HUGHES TOOL - Manual de Hidráulica;
OTIMIZAÇÃO DOS PARÂMETROS MECÂNICOS - Barragan, Roberto V. - Serec, Petrobrás, 1991.

 

 

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