Vibrações na Coluna de Perfuração
A coluna de perfuração no interior do poço está sujeita a vibrações, esforços de tração, torção e colapso. Todos eles podem agir de maneira conjunta na coluna, como, por exemplo, em poços profundos, com altas temperaturas e pressões e trajetória complexa, onde um esforço pode influenciar aumentando ou diminuindo outro esforço. O dimensionamento feito deve levar em consideração essa influência.
Os referidos esforços podem ser estáticos ou dinâmicos e serem cíclicos ou de impacto, quando as cargas são aplicadas fortemente em um curto período. O fato é que podem causar muitos danos ou até mesmo a perda do poço.
Vibrações
No processo de perfuração, as vibrações representam um fator de deterioração, uma vez que, caso não sejam controladas, podem resultar em fadiga das tubulações, falha prematura dos componentes da coluna, redução da vida útil da broca, mudanças abruptas na direção do poço e fraturamento da coluna, em casos mais extremos.
Segundo Costa (2015, apud MATHIAS, 2016), os tipos de vibrações que atuam durante a perfuração são as torcionais (stick-slip), causadas pela interação entre a broca e o fundo do poço, vibrações laterais, causada pela excentricidade dos tubos, e axiais (bit-bounce), devidas ao efeito de quicar da broca. Na figura a seguir, pode-se diferenciar os três tipos de vibrações.
Vibração Axial
As vibrações axiais são aquelas cujos movimentos são paralelos ao eixo da coluna de perfuração e as causas estão associadas à interação entre a broca e a formação. No entanto, dependem do tipo de broca e da formação a ser perfurada. As brocas tri-cônicas produzem vibrações mais fortes do que as brocas sem partes móveis, como as de diamante. Os danos causados à broca e ao BHA diminuem a taxa de penetração e, quando a frequência de excitação se iguala à frequência natural da coluna, sequer há contato entre a broca e a formação. A repetição desse fenômeno diminui o tempo de vida útil da broca, sendo necessário substituí-la.
Vibração Lateral
A detecção desse tipo de vibração é difícil por não ser transmitida para a superfície na maioria das vezes. As vibrações laterais ficam confinadas à parte comprimida da coluna, não sendo transmitidas para além do ponto neutro. Contudo, são ditas como as que mais causam danos à coluna de perfuração.
Vibrações de alta intensidade causam a flambagem da coluna quando os elementos responsáveis por prover rigidez à mesma não forem corretamente dimensionados. Analogamente, uma viga bi apoiada ilustra essa situação, em que a mesa rotativa e a broca em contato com a formação seriam as extremidades de apoio.
Vibração Torcional
Assim como os tipos de vibração anteriores, a vibração torcional também danifica as brocas e interfere no processo de perfuração. Essa vibração resulta de dois movimentos, o primeiro é o período de stick, no qual a broca deixa de se rotacionar em relação à formação por um período finito enquanto a rotação no alto da coluna permanece, armazenando energia potencial nesse processo. Quando esse torque acumulado atinge um valor suficiente para vencer o torque resistivo, tal energia potencial se transforma em energia cinética e o BHA é rapidamente acelerado, fazendo a broca girar. Este segundo movimento recebe o nome de período de slip.
Essas vibrações estão mais associadas a brocas que apresentam relação inversa entre torque e velocidade angular em determinados períodos e representam um importante fator causador de mau funcionamento ou falha de tubos, brocas e outros equipamentos de interior de poço.
Lucas Goulart
Diretoria de Projetos do Portal do Petroleiro
Graduando em Engenharia de Petróleo
Referências
MATHIAS, Victor Machado. Colunas de Perfuração em Poços de Petróleo. 2016. 44 f. Curso de Engenharia de Petróleo, Departamento de Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
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