Overcoming Tortuosity in Hydraulic Fracture Operations in the Pilar Field
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eitAZlUAN «TIKX£UM A*> GAS INSTITUTE IBP02004 OPERATORS DE FRATURAMENTO HIDRAULICO NO CAMPO RIO OIL & GAS DE PILAR, ALAGOAS Edson da C. Payao1, Luiz A. Q. M. Gomes 2, Josue de S. Araujo3 EXPO AND CONFERENCE Copyright 2004, Institute Brasileiro de Petroleo e Gas - IBP Este Trabalho Tecnico foi preparado para apresentado na Rio Oil & Gas Expo and Conference 2004, realizada no periodo de 4 a 7 de outubro de 2004, no Rio de Janeiro. Este Trabalho Tecnico foi selecionado para apresenta^ao pela Comissao Tecnica do Evento, seguindo as infbrma^bes contidas na sinopse submetida pelo(s) autor(es). O conteudo do Trabalho Tecnico, como apresentado, nao foi revisado pelo IBP. Os organizadores nao irao traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, nao necessariamente reflete as opinioes do Institute Brasileiro de Petroleo e Gas, Socios e Representantes. E de conhecimento e aprovag&o do(s) autor(es) que este Trabalho Tecnico seja publicado nos Anais da Rio Oil & Gas Expo and Conference 2004. Resumo A crescente demanda por gas natural para abastecimento de industrias na regiao Nordeste do Brasil e incentivo para a campanha de conversao dos pocos produtores de oleo da fonnacao Coqueiro Seco com vazoes marginais no campo terrestre de Pilar, Estado de Alagoas, em pocos produtores do gas encontrado na fonnacao Penedo, com ate 3500 metros de profundidade. Um dos passes para aumento da producao de gas natural neste campo foi a rcalizacao de opcracocs de fraturamento hidraulico na fonnacao Penedo, com caracteristicas operacionais distintas daquelas executadas visando a producao de oleo na fonnacao Coqueiro Seco, menos profunda. Este trabalho descreve a estrategia de complctacao destes pocos convertidos em produtores de gas, com enfase nos problemas encontrados e superados durante as opcracocs de fraturamento liidraulico. Nos pocos com trajetoria inclinada atraves do profundo reservatorio Penedo, o efeito de multiplas fraturas com influencia de tortuosidade, foi superado atraves de tecnicas corretivas, por se tratarem de pocos ja existentes. Em tratamentos pioneiros de fraturamento liidraulico realizados no campo de Pilar, a ocorrencia de screen-outs prematures foi uma constante, desestimulando a aplicagao da tecnica. A necessidade de produzir gas levou a novas ideias, cuja implcmcntacao trouxe resultados acima dos esperados. Abstract The growing demand of natural gas by the industries in the Northeast of Brazil is the main drive for the conversion campaign witnessed in the oil wells producing at marginal rates from the Coqueiro Seco formation in the Pilar field. State of Alagoas, to gas wells producing from the deep Penedo reservoir, with total depths in the vicinity of 3500 meters. One of the important steps for increasing natural gas production in the Pilar field is the hydraulic fracturing operations in the Penedo formation. The process of creating these fractures show a distinct behavior from the treatments performed in the shallow Coqueiro Seco formation, aiming at improved oil productivity. Tins paper describes the completion strategy for the wells converted from oil to gas producers, highlighting the problems faced and overcome during the hydraulic fracture treatments. In deviated wells crossing the deep Penedo reservoir, the risk of multiple fractures and influence of tortuosity have been diminished through corrective techniques, unique for each one of the existing wells. In the early hydraulic fracture treatments performed in the Pilar field, premature screen-outs were commonplace, disencouraging the use of the technique. The need to produce gas brought new ideas to the battlefield, and their implementation led to results beyond expectations. 1. Introduce Os investimentos em producao de gas natural em Alagoas objetivam atender ao crescimento verificado de sen consume; estima-se que as vendas de gas natural no Nordeste do Brasil passarao dos atuais 6 milhoes de metros cubicos por mes para cerca de 20 milhoes em 2006, levando-se em conta o abastecimento das usinas tenneletricas na regiao. Atualmente, a demanda reprimida em todo o Pais e de cerca de 4 milhoes de metros cubicos diaries. 1 Engenheiro de Petroleo - PETROBRAS 2 Gerente de Desenvolvimento de Negocios - Schlumberger 3 Especialista em Operagoes de Fraturamento Hidraulico - Schlumberger Rio Oil & Gas Expo and Conference 2004 A inauguragao de uma unidade de processamento de gas natural (UPON) em Alagoas visou o initio do processo de intcriorizacao do gas natural no Estado de Alagoas. Antes de sua entrada em opcracao. parte do gas produzido nos campos do Estado era transferido e processado em Sergipe, para retomo a Alagoas em forma de gas liquefeito de petroleo (GLP). A nova unidade possui capacidade para processar ate dois milhoes de metros cubicos de gas natural diariamente, que resultara em 160 toneladas de GLP. Esse volume e suficiente para abastecer Maceio e os municipios vizinhos. Serao produzidos ainda 28 mil litres de gasolina natural, e 1,8 milhao de metros cubicos de gas industrial, destinado a postos de abastecimento de veiculos, comercio e residences de Maceio, bem como ao escoamento de parte de sua producao atraves do gasoduto Pilar (AL) - Cabo (PE) com diametro de 10" e uma extensao de 194 km. Para abastecer a unidade de processamento de gas natural em Alagoas, houve um investimento em tecnicas que possibilitassem a producao economica do gas encontrado na formacao Penedo do Campo de Pilar, dentre as quais a campanlia de fraturamento liidraulico apresenta papel de destaque. Os pocos antigos do Campo de Pilar, com intervalos abertos a producao de oleo e posterionnente isolados acima do objetivo na profunda formacao Penedo, representam desafios as tecnicas convencionais de fraturamento liidraulico. O objetivo deste trabalho e descrever os avangos tecnologicos cuja implcmcutacao conduziu ao sucesso dos projetos de desenvolvimento dos intervalos produtores de gas da formacao Penedo no Campo de Pilar, atraves de opcracocs de fraturamento liidraulico com resultados bastante diversos dos observados nas tentativas pioneiras. 2. Campo de Pilar, Alagoas Tradicional cidade do interior alagoano. Pilar tern importance na Historia politica, economica e social do Estado. Sua historia remonta ao seculo XIII, atraves de um engenlio localizado onde depois surgiu o povoado, vila e cidade do Pilar. A origem de sen nome deve-se a descoberta de uma imagem de Nossa Senliora colocada num pilar proximo as margens da Lagoa Manguaba. A cidade passou entao a chamar-se Nossa Senliora do Pilar, que continua sendo a padroeira da cidade e cuja imagem esta exposta no altar-mor da Igreja Matriz. A Figura 1 indica a local ixacao da cidade de Pilar dentro do Estado de Alagoas. Figura 1. Localizagao da cidade de Pilar O Campo de Pilar, localizado proximo a cidade de Pilar na bacia de Sergipe-Alagoas, tern como principal caracteristica intensa compartimentagao dos reservatorios, produto da sedimentagao deltaica, que resultou em reservatorios intercalados, e pela tectonica do rift, produzindo uma grande quantidade de blocos falhados (Borba et al., 2002). 2 Rio Oil & Gas Expo and Conference 2004 A Figura 2 a seguir indica a local izacao do Campo de Pilar. O ACUMULACOES DE HDROCAP PILAR </FPB SALS-39 Figura 2. Localizagao do Campo de Pilar Os reservatorios do campo de Pilar estao distribuidos nas formacocs Coqueiro Seco (principalmente oleo), entre 500 e 2500 metros de profundidade, Penedo (principalmente gas), entre 2000 e 4000 metros, e Barra de Itiuba, entre 4000 e 4500 metros. A formacao Coqueiro Seco e caracterizada por intcrcalacocs de arenitos com folhelhos, depositados em ambiente deltaico, com excelente conelagao ao longo do campo. Os reservatorios atingem espessuras individuals de ate 50 metros. Podem-se distinguir seis ciclos de scdimcntacao. cada qual culminando com folhelhos transgressivos no topo. No geral, ha uma tendencia de diminuicao da relagao arenito/folhelho em cada ciclo e nos ciclos como urn todo. A formacao Penedo e uma sucessao predominantemente arenosa, de origem fluvial e eolica, contendo algumas intcrcalacocs de folhelho que servem de capeadores para as acumulacocs de gas. A maior parte do gas esta contida em reservatorios profundos, a cerca de 3000 metros de profundidade. A existencia de gas na formacao Barra de Itiuba, no campo de Pilar, e uma descoberta recente (2004), com urn poco em producao atualmente. 3. Historico As trajetorias inclinadas dos pocos do Campo de Pilar atraves da formacao Penedo promovem a gcracao de multiplas fraturas, cujas larguras sao insuficientes para a criacao das geometrias requeridas para os pacotes de agente de sustentagao. A existencia de elevado grau de tortuosidade proximo as perfuragbes com desvio em relagao a diregao preferencial de fratura e responsavel por elevadas perdas de carga, fenomeno ja observado em bombeio de testes de calibragao que precedem os tratamentos principals. Quando a fratura e iniciada nestas condigoes, a largura liidraulica e reduzida em relagao a uma fratura em condigoes ideals, favorecendo a ocorrencia de screen-outs prematures. Brumley e Abass (1996) observaram que a criagao de geometrias nao-planares complexas de fraturas depende da orientagao do pogo em relagao as diregoes das tensoes principals. Multiplas fraturas podem ocorrer em intervales com mais de 20° em relagao ao piano preferencial de fratura. Modelando-se uma fratura liidraulica com origem em urn intervale inclinado como uma fissura em mu meio infinite, sua pressao de propagagao esta relacionada ao comprimento da fratura de