[pt] Um dos maiores desafios na perfuração das rochas carbonáticas, situadas a grandes profundidades, é superar as baixas taxas de penetração que vem sendo obtidas na perfuração de poços verticais e direcionais. Para vencer este desafio, um grande esforço vem sendo desenvolvido em várias linhas de pesquisa, tanto no desenvolvimento de novos conceitos de brocas como na seleção de um sistema de perfuração que apresente um melhor desempenho. Para atingir este objetivo, estão sendo priorizados procedimentos e sistemas de perfuração que apresentem menores níveis de vibração, pois este fenômeno além de reduzir a eficiência da perfuração, também compromete o tempo de vida útil dos equipamentos e, por consequência, acarreta a redução da confiabilidade do sistema e eleva o custo por metro da perfuração. Por conseguinte, novas tecnologias de brocas e sistemas de perfuração estão em desenvolvimento e, dentre as novas tecnologias, podemos diferenciar aquelas que promovem melhorias nas tecnologias convencionais e as tecnologias francamente inovadoras, aquelas que utilizam novos mecanismos para cortar ou fragilizar a rocha. Dentre as tecnologias inovadoras, a perfuração assistida por laser é uma das mais promissoras, nesta versão o feixe da energia radiante tem a função principal de fragilizar a rocha, facilitando o avanço da perfuração. Esta dissertação tem por objetivo realizar uma avaliação das possibilidades de aplicação da tecnologia laser na perfuração de rochas. O meio através do qual o laser deverá atuar nas aplicações futuras é analisado sobre o enfoque das suas propriedades físico-químicas. Dessa forma, o conhecimento da interação com o fluido de perfuração é o ponto de partida para a análise de viabilidade. Inicialmente, análises de absorção ótica foram realizadas em alguns tipos de fluido utilizados na indústria do petróleo e, na sequência, foram realizados testes de bancada com um dispositivo eletro-mecânico, especialmente desenvolvido, para servir de base para o laser, com potência máxima de 1500 W, direcionado sobre amostras de rochas carbonáticas. A análise de absorção ótica tem por
objetivo compreender melhor o processo de interação do laser com o fluido de perfuração. Os testes de absorção ótica foram realizados para avaliar a absorção da luz, na faixa de comprimento de onda entre 800 nm até 1200 nm. A partir destas informações foi dado o primeiro passo no conhecimento da interação com o fluido de perfuração. Na seqüência da abordagem, um resumo, em nível de pesquisa bibliográfica é apresentado com os estudos, análises e testes de bancada já realizados por vários pesquisadores para verificar o estágio de desenvolvimento desta tecnologia inovadora. A partir deste conhecimento, será possível fazer uma inferência sobre as reais possibilidades desta tecnologia e iniciar um levantamento preliminar sobre os pontos considerados críticos para a sua aplicação, no cenário de perfuração de um poço de petróleo. O cenário de perfuração, como se sabe, é um ambiente agressivo, sujeito a altas vibrações, temperaturas e pressões elevadas. Para concluir, serão apresentados os resultados obtidos em teste de bancada com dispositivo especificamente construído para a fundamentação das conclusões da dissertação. Dentre os aspectos mais relevantes, podemos mencionar: a determinação da durabilidade do sistema, considerando a resistência da lente de focalização ao aquecimento provocado pelo laser e, também, uma avaliação da eficiência do processo sob o ponto de vista do valor obtido para a energia específica. Em resumo, o objetivo final dessa dissertação é o de concentrar em um documento as informações mais atualizadas sobre a utilização do laser na perfuração de rochas e apresentar uma análise, ainda que preliminar, sobre os possíveis pontos de melhoria que permitam viabilizar esta tecnologia no futuro. / [en] One of the biggest challenges in drilling the carbonate rocks located at great depths is to overcome low penetration drilling rates that have been obtained in vertical and directional wells. To overcome this challenge, a great effort is being developed on multiple lines of research. All of them are focused in new concepts of drilling procedures and the selection of a drilling system that presents a better performance. To achieve this goal, new procedures are being designed and drilling systems with lower vibration levels are under development. Vibration reduces the efficiency of drilling, also decreases the lifetime of equipment and consequently causes a reduction in reliability of all system and raises the drilling costs. Consequently, new drill bit technologies and drilling systems are being developed and, among the new technologies we can differentiate those that only promote improvements in conventional technologies and those innovative technologies, in which new mechanisms to cut or weaken the rock are used. The drilling assisted laser is one of the most promising mechanism in which the radiant energy beam has the primary function to weaken the rock increasing the performance of drilling process. This dissertation aims to perform an assessment of the possibilities of laser technology in rock drilling applications. The laser will have to pass through the drilling fluid in the future applications so it is very important to understand their physicochemical properties and their mutual interaction. For this reason, the knowledge of the interaction with the drilling fluid is the starting point for this work. First of all, it will be accomplished an analysis of optical absorption in some types of fluid used in the oil industry. After that, it will be performed bench testing with an electro-mechanical device that will support a laser whose maximum power can reach 1500 W and it will be pointed to carbonate rock samples. The optical absorption analysis aims to better understand the interaction of the laser with the drilling fluid. The optical absorption tests are performed to evaluate the absorption of light in the wavelength range from 800 nm to 1200 nm. From this information, it will be taken the first step to understand the interaction with the drilling fluid, which is the starting point for the feasibility study of the use of lasers. Following the approach, a literature review will be presented with the studies, analysis and bench testing already conducted by various researchers to check the stage of development of this new technology. Taking into account this knowledge, it will be possible to make an initial approach about the actual possibilities of this technology and initiate a preliminary survey on the questions that are critical to its application in a drilling scenario in the well construction, an aggressive environment which is subject to high vibrations, high temperatures and pressures. To conclude, we present the results obtained in bench testing with device specifically built for supporting the conclusions of the dissertation. Among the most relevant aspects, we can mention the durability of the system, considering the focusing lens lifetime under the heating effects caused by the laser. Another point, it is to make an evaluation of the performance of drilling process, considering the specific energy. In summary, the ultimate goal of this dissertation is to concentrate in a single document the most current information about the use of laser drilling and present an analysis, though preliminary, about the possible improvement points that will allow the feasibility of this technology in the future.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:37208 |
| Date | 27 February 2019 |
| Creators | RENATO AMARO |
| Contributors | ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA, ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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