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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