Modelamento matemático para otimização de perfuração em seções de pré-pal: um foco em operações no oceano Atlântico sul

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Pre-salt basins and their exploration have become more and more frequently mentioned over the years, not just for their potential reserves, but also for the implicit challenges in terms of operations to face in order to make these fields commercially viable. Several research efforts aimed at addressing these related barriers, in which drilling optimization and efficiency are presented as a considerably complex area. The problematic is concentrated in the low drillability and in the high cost involved when drilling the pre-salt carbonates. The outcome of this research is based in studies performed on top of eight pre-salt wells, addressing drilling operational time savings referenced by benchmarks and drilling mechanics parameters choosiness. The studies were based on simulations performed with penetration rate (ROP) modeling combined with specific energy (SE). The Bourgoyne Jr. and Young Jr. (1974) ROP model was used given the high errors presented for the other models, higher than 40% and, in terms of SE, the formulations from Teale (1965) and Pessier et al. (1992) were used. All these classic literature are still present in the industry and the software Oracle Crystal Ball was used as a supportive tool for the simulations. This research yielded four important results: 1) the polycrystalline diamond compact (PDC) is the most suitable drill-bit choice for pre-salt, presenting the lowest teeth-cutters wear rate, 0.28 [%/ m]; 2) the possible spare in operational time encountered for the pre-salt operations represent a saving of approximately 13,747,550.00 [USD] for the analyzed pre-salt wells; 3) the final mathematical model developed, after the adjustments for pre-salt, foresee an improvement dropping the relative error from 36.52% to 23.12% in terms of comparing the calculated and modeled ROP with the field measured ROP; 4) the final model yielded from the combination of the ROP and SE formulations is the most adequate to be used in the industry, since it was possible to foresee an improvement by dropping the relative error even more, from 23.12% to 21.2%.

As bacias do pré-sal e sua exploração se tornaram cada vez mais mencionadas ao longo dos anos, não apenas por seu potencial de reservatório, mas também devido aos grandes desafios implícitos em termos de operações a serem enfrentados para tornar estes campos comercialmente viáveis. Várias pesquisas vêm sendo desenvolvidas visando contornar estas barreiras, das quais a otimização e eficiência de perfuração se apresentam como uma área consideravelmente complexa. A problemática se concentra nas baixas taxas de penetração e no alto custo envolvido ao se perfurar as seções dos carbonatos do pré-sal. Os resultados da pesquisa apresentados nesta tese baseiam-se em análises com oito poços do pré-sal, abordando economia de tempo operacional com base em análises referenciadas em benchmarks e escolhas de parâmetros mecânicos de perfuração. Os estudos foram baseados em simulações realizadas com modelagem de taxa de penetração (ROP) combinadas com energia específica (SE). Utilizou-se o modelo de ROP de Bourgoyne Jr.e Young Jr. (1974) face aos altos erros apresentados pelos outros modelos, superiores a 40% e, em termos de SE, utilizouse o equacionamento de Teale (1965) e Pessier et al. (1992). Todas estas literaturas classicas ainda estão presentes na indústria e o software Oracle Crystal Ball foi utilizado como uma ferramenta de apoio para as simulações. Os resultados deste trabalho mostraram quatro conclusões importantes: 1) a broca de perfuração do tipo polycrystalline diamond compact (PDC) é a mais adequada para o pré-sal, apresentando uma taxa de desgaste de dentes-cortadores de 0.28 [%/ m]; 2) a possível diminuição de tempo de operação encontrada após análises de performance de operação pode resultar em uma economia de aproximadamente 13,747,550.00 [USD] para os poços do pré-sal analisados; 3) o modelo matemático final desenvolvido, após os ajustes para o pré-sal, pode garantir uma melhoria do erro relativo de 36.52% para 23.12% em termos de comparação entre o ROP calculado e o ROP medido durante a atividade no campo; 4) o modelo final como resultado da junção do equacionamento de ROP e SE é o mais adequado para a indústria, uma vez que foi possível garantir uma diminuição ainda maior do erro relative, de 23.12% para 21.2%.