Projeto conceitual de bancada de laboratório para simulação de processo de perfuração de extrato rochoso - Diniz, Fernando Cezar Mariano (2021)
O processo de perfuração de poços de petróleo e gás é custoso e complexo. Em situações offshore, as perfurações ocorrem em profundidades de vários quilômetros abaixo do nível do mar e o monitoramento da eficiência da operação torna-se um grande desafio de engenharia. Para maior domínio do processo é fundamental a realização de ensaios experimentais para avaliar a influência de parâmetros de perfuração na taxa de penetração da broca, com objetivo de reduzir os custos operacionais nesse processo. Entre os principais parâmetros, têm-se: a velocidade de rotação da coluna de perfuração, o peso sobre a broca, a vazão do fluido de perfuração, o tipo da rocha a ser perfurada, o modelo de broca utilizada e o torque. Os testes em plataformas reais têm custos elevados, além de disponibilidade restrita, devido à demanda constante da indústria de óleo e gás por mais produtividade. Assim, os dispositivos de perfuração em escala reduzida tornam-se a solução mais acessível para compreender o comportamento do processo de perfuração em campo. Existem diversas iniciativas para desenvolvimento e uso de protótipos em escala reduzida operando em laboratórios ao redor do mundo. Na UTFPR, há uma demanda por dispositivo similar, porém, a instituição ainda não conta com solução desta natureza. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver o projeto mecânico conceitual de uma bancada de laboratório para investigar o processo de perfuração em extrato rochoso para extração de petróleo e gás. Após a avaliação de dados geométricos e operacionais de dispositivos de perfuração similares, utilizou-se a metodologia de projeto de Pahl & Beitz para desenvolvimento de uma proposta de bancada. Entre os resultados, foram propostas oito concepções de bancadas de laboratório. Uma das concepções foi escolhida como a de maior potencial construtivo, trata-se de uma bancada com 2,8 m de altura, empregando um servomotor conectado a um sistema de fuso de esferas para movimentação vertical da coluna de perfuração. Um motor de corrente contínua fornece energia para girar a coluna de perfuração da bancada. O sistema de circulação da bancada foi desenvolvido utilizando o conjunto tanque principal, tanque filtro, tanque reserva e bomba centrífuga, possibilitando testes de perfuração em variados tipos de rochas. O trabalho aborda, também, os principais sensores empregados na aquisição de dados de perfuração, além da tabela para conversão de escala dos principais parâmetros de perfuração, revelando os desafios de se manter as semelhanças geométricas, cinemáticas e dinâmicas entre dispositivos de tamanhos diferentes.