PROCESSAMENTO DO PETROLEO ARRANJOS

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Prof. Rosemberg
2º/2011
Processamento de petróleo
1 – Um breve histórico
�O processo de exploração comercial de petróleo começou em 
1859, na Pensilvânia;
�Esta descoberta do Cel. Edwin L. Drake, com um poço de apenas 
21 metros de profundidade;
�Descobriu-se que a destilação do petróleo resultava em produtos 
que substituíam o querosene obtido do carvão e do óleo de 
baleia,
� No Brasil, as pesquisas relacionadas ao petróleo começaram em 
Alagoas em 1891;
�O primeiro poço brasileiro com o objetivo de encontrar petróleo, 
foi perfurado em 1897, por Eugênio F. Camargo, em São Paulo;
�Este poço atingiu a profundidade final de 488 m, sem sucesso;
�Em 1941, foi descoberto o primeiro campo comercial, em 
Candeias, BA.
�Em 1953,foi criada a Petrobrás, que iniciou a partida decisiva nas 
pesquisas do petróleo brasileiro;
�Atualmente a maior área marítima produtora encontra-se no Rio 
de Janeiro e a terrestre no Rio Grande do Norte.
1 – Um breve histórico
2 – Introdução
� Nas jazidas de hidrocarbonetos, os fluidos (óleo, água e gás) se 
distribuem em três camadas, em função das suas diferentes 
densidades, não havendo fronteiras definidas entre elas.
� A camada superior é constituída de gás natural, a intermediária 
de óleo e a inferior de água.
� Às empresas de petróleo só interessam os hidrocarbonetos 
(óleo e gás). Sendo assim, é necessário dotar os campos de 
“facilidades de produção” que são instalações destinadas a efetuar 
o processamento primário dos fluidos, ou seja, a separação do 
gás, óleo e água.
3 – Objetivos
Objetivos do processamento primário do petróleo:
� Separar o óleo, gás, água sob condições controladas;
� Remover água , sais e outras impurezas do óleo e do gás.
�Tratar ou condicionar os hidrocarbonetos(para as refinarias);
�Tratamento da água para reinjeção ou descarte;
4 - Caracterização da mistura água/óleo
�Emulsão é um sistema disperso, formado por dois líquidos 
imiscíveis, com um dos quais disperso no outro, sob a forma de 
gotículas, e mantém-se estabilizada pelas ação de agentes 
emulsificantes e agitação para formar uma fase contínua
�Um dos líquidos fica disseminado no seio do outro sobre a forma 
de gotículas, geralmente esféricas, é a fase dispersa ou interna. 
Em oposição a esta fase tem-se a fase contínua ou externa.
�Nas emulsões de óleo e água que aparecem nos campos de 
Petróleo o mais comum é que o óleo seja a fase continua. São 
emulsões do tipo de água em óleo (A/O). 
Figura 1
�Menos freqüente podem aparecer emulsões de óleo em 
água(O/A) como as formadas nas água residuais do tratamento;
�O emulsificante é um dos componentes naturais do óleo, tais 
como parafinas, asfaltenos os finos (quartzo e argila) e aqueles 
gerados do processo corrosivo tais como óxido e sulfeto de ferro;
�A agitação se dá por conseqüência do bombeamento, transporte 
e expansão dos fluidos produzidos que proporciona grande 
cisalhamento entre as fases.
4 - Caracterização da mistura água/óleo
Figura 1a – Tipos de emulsão1
4 - Caracterização da mistura água/óleo
4 - Caracterização da mistura água/óleo
Figura 1b – Tipos de emulsão e sua interação com o emulsificante2
�Para a formação de uma emulsão é necessário ter dois líquidos 
imiscíveis, um agente emulsificante, agitação suficiente para 
dispersar a fase descontinua na fase continua. 
�Na produção de óleo, óleo e água são dois líquidos imiscíveis. 
Agente emulsificante na forma de partículas sólidas, parafinas e 
asfaltenos, etc. e uma agitação que sempre ocorre na produção 
de óleo do poço;
�O grau de agitação e a natureza do emulsificante determina a 
estabilidade da emulsão. 
�Outras emulsões instáveis podem ser separadas em 
relativamente óleo puro e água em poucos minutos.
4- Caracterização da mistura água/óleo
4 - Caracterização da mistura água/óleo
�As emulsões podem ser divididas em dois grandes grupos: 
emulsão óleo/água e emulsão água/óleo2
�A água é misturada ao petróleo de duas maneiras: 
�Na primeira, a água é proveniente da mesma jazida (água 
conata - água presente originalmente nos poros das rochas); 
�Na segunda, a água é oriunda dos diferentes processos de 
recuperação de petróleo.
4 - Caracterização da mistura água/óleo
�No que se refere a estabilidade de emulsões podemos ver que 
um óleo puro em uma água pura sem um agente emulsionante e 
sem agitação, neste caso as duas fases se separam facilmente;
�Pode-se dizer, de uma maneira geral que os agentes 
emulsionantes são compostos por moléculas grandes ou 
agregados coloidais, polarizados.
� A natureza do agente emusionante determina o tipo de emulsão:
�Um agente emulsionante que seja preferencialmente solúvel, 
dispersável ou molhado pelo óleo dará emulsões do tipo A/O
� Um agente emulsionante que seja preferencialmente solúvel, 
dispersável ou molhado pela água dará emulsões do tipo O/A
5 - Natureza do agente emulsificante 
5 - Natureza do agente emulsificante 
Figura 2 – Estrutura de uma molécula de um asfalteno(103<PM<104 g/mol)1
�Entre os agentes emulsionantes presentes no Petróleo 
poderíamos citar:
�Asfalto
�Substâncias resinosas
�Ácidos orgânicos solúveis no óleo
� sulfato de ferro
� sulfato de zinco
� sulfato de alumínio
� carbonato de cálcio
�Finos(quartzo e argilas)
�Óxido e sulfeto de ferro
5 - Natureza do agente emulsificante 
� Entende-se por estabilidade de uma emulsão a capacidade da mesma 
em manter sua homogeneidade durante um certo período de tempo.
� A estabilidade das emulsões dependem dos seguintes fatores:
a - Tipo e quantidade de agente emulsionante. O poder de 
emulsificação dos vários tipos de emulsionantes não é o mesmo, mas 
não se conseguiu ainda selecioná-los segundo este critério.
b - Características dos dois líquidos. 
As principais características do ponto de vista do emulsionamentos são:
Diâmetro das gotículas (d)
Diferença de densidades entre os dois líquidos(da - do)
Viscosidade da fase continua (visc o)
6 - Estabilidade das emulsões
c - Percentagem da fase dispersa. A percentagem de água no óleo influi 
adversamente na estabilidade da emulsão, pois o número de gotículas 
por unidade de volume ou um diâmetro maior das mesmas, são 
favoráveis à sua coalescência e conseqüente a separação. Portanto 
quanto maior a porcentagem da fase dispersa, menor a estabilidade da 
emulsão.
d - Idade da emulsão. Quanto mais antiga a emulsão maior sua 
estabilidade pois o agente emulsionante que se acha inicialmente 
disseminado no seio do óleo, migra para interface água – óleo e, com o 
tempo, mais e mais agentes emulsionante chega a seu destino. 
e- Grau de agitação. Quanto maior o grau de agitação maior será a 
tendência de formar emulsões mais estáveis
6 - Estabilidade das emulsões
�Partículas sólidas dispersas na fase óleo podem potencializar a 
estabilização de uma emulsão água em óleo, através de sua 
adsorção direta na interface das gotas de água ou pela adsorção 
sobre um filme de compostos orgânicos formado na interface e 
com ação surfactante.
� Os sólidos assim adsorvidos criam uma barreira fina entre 
gotículas adjacentes impedindo a coalescência. 
�A existência de emulsificantes naturais adsorvidos na superfície 
das gotas de água pode impedir, por repulsão elétrica, o contato 
para que haja a coalescência das gotas de água.
6 - Estabilidade das emulsões 
�A parte estrutural apolar das moléculas dos emulsificantes 
adsorvidos na interface pode gerar impedimento estérico, que 
impede a aproximação e o contato entre as gotas. 
�Os emulsificantes possuem em geral, elevado peso molecular e 
cadeias com estruturas complexas, que criam essa barreira física 
conhecida como película ou filme interfacial;
�A medida que o tempo passa mais emulsificantes vão sendo 
adsorvidos na superfície das gotas e maior éo grau de 
empacotamento das moléculas desses emulsificantes, 
consequentemente o filme interfacial vai se tornando mais 
espesso e rígido aumentando a estabilidade das emulsões;
6 - Estabilidade das emulsões 
�Os mecanismos de desestabilização de emulsões são aqueles 
relativos a quebra da emulsão. Eles são classificados segundo 
sua ocorrência cronológica:
�A - Floculação – Consiste na aglomeração de gotas de agregados 
quando a emulsão é posta em repouso, podendo reverter-se de 
modo que as gotas voltem a ficar dispersas na fase contínua;
O fenômeno da floculação é regido pelas forças de Van Der Walls, 
entretanto, a repulsão elétrica e o impedimento estérico atua no 
sentido oposto, impedindo a coalescência;
�B – Caolescência – Este fenômeno se inicia com a ruptura do filme 
interfacial, por agentes desemulsificantes, seguido da fusão das 
gotas em outra de maior tamanho e peso. 
O surgimento de gotas de maior diâmetro favorece a sedimentação e a 
consequemente separação da água do óleo;
7 – Desestabilização de emulsões de petróleo 
7 – Desestabilização de emulsões de petróleo 
� C - Sedimentação – Como conseqüência da imiscibilidade das 
fases separada, aliada a diferença de densidade e a ação do 
campo gravitacional, as gotas de água tendem a sedimentar 
quando a emulsão é posta em repouso;
A equação descrita por Stokes demonstra a velocidade 
sedimentação de uma gota de água em óleo;
onde:
v = velocidade de decantação da água(cm/s)
d - diâmetro da gota(cm)
do = massa específica do óleo (g/cm3)
da = densidade da água(g/cm3)
k = constante de proporcionalidade
µo = viscosidade absoluta do óleo(g/cm.s)
g – aceleração da gravidade(cm/s2)
( )
o
oa gdddkv
µ
..
2
−
=
� A partir da equação de Stokes se pode concluir:
�Quanto menor a diferença de densidade específica das fases menor 
a velocidade de sedimentação da gota de água;
�Quanto menor a viscosidade da fase externa menor a velocidade de
sedimentação da gota de água;
�Quanto menor o diâmetro das gotas de água menor é a velocidade 
de sedimentação da gota de água, portanto deve-se evitar que as 
emulsões de petróleo sejam submetida a intensas taxas de 
cisalhamento;
�Se a intensidade do campo gravitacional for aumentada, a 
velocidade de segregação das gotas será maior;
7 – Desestabilização de emulsões de petróleo 
7 – Desestabilização de emulsões de petróleo 
Figura 3 -Representação do processo de desestabilização da emulsão7
�Para romper uma emulsão deve-se promover:
a - A neutralização ou a destruição do filme de emulsionante.
b - A coalescência das gotículas da fase dispersa
c - A decantação das gotículas após sua coalescência
�Para que os três requisitos acima seja alcançado deve-se: Manter 
a emulsão em repouso por um tempo suficiente; adicionar 
substâncias químicas apropriadas , denominadas “
desemulsionantes ou desemulsificantes”; aquecer a emulsão; 
passar a emulsão por filtros especiais; submeter a emulsão à
ação de um campo elétrico. 
�Um tratamento completo pode envolver um uso sucessivo de dois 
ou mais deste meios. 
7 – Desestabilização de emulsões de petróleo 
�Vários métodos de desestabilização das emulsões de petróleo 
são empregados para quebrar as emulsões em campo:
A – Adição de desemulsificante – Este produto químico promove o 
deslocamento dos emulsificantes naturais da superfície da gota 
de água permitindo sua coalescência; 
Inicialmente, o desemulsificante, ao chegar na interface desloca o 
emulsificante desestabilizando a emulsão;
Posteriormente ocorre a coalescência das gotas em outras de 
maior diâmetro e peso;
Por fim ocorre a sedimentação das gotas de água, promovendo a 
separação da água do petróleo por segregação gravitacional;
8 – Método de Desestabilização de emulsões 
�O ponto de injeção do desemulsificante é de grande importância 
para seu desempenho. Usualmente ele é injetado em linha, a 
montante do sistema de tratamento, em um ponto onde há
turbulência para que haja íntima mistura com a emulsão;
�Os desemulsificantes atualmente utilizados é constituídos por 
mistura de copolímeros em bloco de óxido de etileno e de 
propileno com diferentes relações molares entre os meros;
8 – Método de Desestabilização de emulsões 
�B – Aquecimento – Tal procedimento promove a diminuição de 
viscosidade do meio, se traduzindo em:
�Aumento da difusividade do desemulsificante no meio, facilitando 
seu acesso a superfície das gotas;
�Aumento da freqüência de colisão entre as gotas, pelo aumento do 
movimento browniano;
�Facilidade de drenagem do filme superficial;
�Diminuição do rigidez do filme interfacial, facilitando sua ruptura e a 
coalescência das gotas;
�Aumento da velocidade de sedimentação das gotas;
8 – Método de Desestabilização de emulsões 
8 – Método de Desestabilização de emulsões 
� C – Uso de campo elétrico – Quando moléculas de água são 
submetidas a um campo elétrico intenso há uma indução de um 
dipolo que promove o alongamento da gota na direção do campo; 
� Os pólos opostos das gotas tendem a se atrair, aumentando a 
freqüência de colisão das gotas
Figura 4 - Comportamento da emulsão perante ao campo elétrico7
�A partir da avaliação do reservatório e de viabilidade técnico-
econômica, um sistema de produção poderá ter um planta simples 
ou complexa;
�As plantas simples efetuam apenas a separação gás/óleo/água, 
enquanto as mais completas incluem tratamento e estabilização do 
óleo, condicionamento e compressão do gás e tratamento da água 
oleosa, além do tratamento da água para injeção;
�Os sistemas de produção podem ser subdivididos em quatro tipos:
�Tipo 1 – sem separação dos fluidos;
�Tipo 2 – com separação bifásica;
�Tipo 3 – com separação trifásica;
�Tipo 4 – com separação trifásica e tratamento do óleo
9- Tratamento do óleo
Processamento primário de óleo e gás
Poços
Petróleo
Anti-espumante
Desemulsificante
Separador de
Produção
Gás
Surge
Tank
Gás
Óleo
T.O
Óleo
9- Tratamento do óleo
�Os fluidos produzidos passam, inicialmente por separadores 
que podem ser bifásicos ou trifásicos, atuando em série ou em 
paralelo;
� No separador bifásico ocorre a separação gás/líquido, 
enquanto que no separador trifásico ocorre, também, a 
separação óleo/água;
� No vaso observa-se a separação de três zonas: abaixo( água 
livre); acima( óleo); e uma fase intermediária de uma dispersão 
de água em óleo ou de óleo em água, com uma fina espessura 
e estável;
�Essa razão água-óleo é chamada de BSW que deve estar 
abaixo de 1% para que seja aceito pela refinaria.
9- Tratamento do óleo
� Fabricados nas formas vertical e horizontal;
� - Mecanismos principais para separar líquido do gás:
�Ação da gravidade e diferença de densidades – decantação do fluido 
mais pesado;
�Separação inercial – mudanças bruscas de velocidade e de direção 
de fluxo permitindo ao gás desprender-se da fase líquido devido a 
inércia que esta fase possui;
� Aglutinação das partículas – contato das gotículas de óleo dispersas 
sobre uma superfície, o que facilita sua coalescência, aglutinação e 
conseqüente decantação;
� Força centrífuga – que aproveita as diferenças de densidade de 
líquido e do gás;
9- Tratamento do óleo
Entrada
Gás
Líquido
Demister
Gás
Líquido
LIC
Figura 3 – Separador bifásico horizontal4
9- Tratamento do óleo – separador bifásico
Figura 4 – Separador bifásico vertical5
9- Tratamento do óleo – separador bifásico
�O fluido entra no separador e choca-se com defletores de entrada 
que provocam uma mudança brusca de velocidade e direção do 
fluido. 
�A força de gravidade causa a separação das gotículas mais 
pesadas que deixam a corrente de gás e se acumulam no fundo 
do vaso, onde o líquido é coletado. 
�Esta seção de coleta assegura um tempo de retençãoapropriado, necessário para que o gás se desprenda do líquido e 
vá para o espaço superior do separador.
�O gás separado flui sob os defletores de entrada e segue através 
da seção de separação submarina. 
�À medida que o gás flui, pequenas gotas de líquido que ficaram 
na fase gasosa caem por ação da gravidade na interface 
gás/líquido.
9- Tratamento do óleo – separador bifásico
� Algumas gotas tem diâmetro tão pequeno que não são 
facilmente separadas nesta seção de decantação.
� Entretanto, antes de deixar o vaso, o gás passa através de uma 
seção de aglutinação e coalescência composta por aletas de 
metal, almofadas de tela de arame ou placas pouco espaçadas 
que extraem a névoa presente no fluido.
9- Tratamento do óleo – separador bifásico
� Finalidade de separar os fluidos (óleo/gás/água) produzidos em 
campos de petróleo;
� Diferencia-se do bifásico pelo aparecimento de água, na seção 
de acumulação, o que implica na instalação de mais uma saída 
no vaso e na instalação adicional de um sistema de controle de 
interface óleo/água além de alguns internos;
�Apresenta uma câmara de decantação de líquido maior que a do 
bifásico para que, com um tempo de residência superior (3 a 10 
minutos) e o uso de dispositivos adequados, haja um aumento na 
eficiência de separação óleo/água.
9- Tratamento do óleo – separador trifásico
�É denominado separador de água livre separador de água livre, 
quando é usado com a finalidade de remover grande parte da 
água produzida que não está emulsionada com o petróleo.
� Através de uma válvula comandada por controlador de nível de 
interface água/óleo a água é liberada do vaso. 
�O óleo, coletado em câmara independente após atingir o 
vertedor, também é drenado da mesma forma.
9- Tratamento do óleo – separador trifásico
9- Tratamento do óleo – separador trifásico
Figura 5 – Separador bifásico horizontal5
9- Tratamento do óleo – separador trifásico
Figura 6 – Separador bifásico vertical6
Figura 7 - Vaso separador trifásico horizontal gravitacional da UN-SEAL da 
Petrobras Silva, R. P., 2004)
9- Tratamento do óleo – componentes
Extrator de névoa (Demister)
� Finalidade de remover gotículas de óleo carreadas pela fase gasosa 
efluente;
� Posicionados no bocal de saída de gás do separador;
Figura 8 – Componentes do vaso separador5
9- Tratamento do óleo – componentes
�As condições de separação mais importantes a serem 
determinadas são:
�Pressão de separação;
�Número de estágios de separação;
�Temperatura de separação;
�Em princípio a pressão ótima de separação é aquela que fornece 
uma maior quantidade de HCs líquido(maior volume de óleo);
�Esta pressão é obtida a partir de dados de PVT de um poço 
representativo do reservatório que se vai produzir;
�A pressão ótima de separação = menor encolhimento do óleo = 
menor volume de formação do óleo(Bo)
9- Tratamento do óleo
�Na prática muitas das vezes a pressão de separação será a 
pressão disponível na chegada dos fluidos a superfície, a qual é
função do método de elevação, profundidade do reservatório, etc
�O petróleo normalmente é aquecido antes da separação das 
fases , devido ao resfriamento que ele sofre nas linhas 
submarinas e no risers;
�Essa baixa temperatura ocasiona maior viscosidade, 
congelamento de parafinas e maior formação de espumas;
�No projeto de separadores gravitacionais geralmente emprega-se 
a temperatura na qual a viscosidade do óleo esteja na faixa de 
16cSt;
9- Tratamento do óleo
� Temperatura de separação elevadas tendem são favoráveis do 
ponto de vista operacional do processo:
�Menor risco de parafinação dos internos;
�Menor formação de espumas;
�Maior facilidade de desemulsificação;
�Maior eficiência na dispersão dos produtos químicos adicionados;
�A elevação de temperatura tende causar:
�Maior consumo de energia;
�Necessidade de permutadores de maior capacidade;
�Maiores taxas de corrosão;
�Maior perda de compostos leves do óleo;
9- Tratamento do óleo
�O número de estágios de separação interfere na quantidade de 
óleo obtida(Bo)
� Interior do vaso separador – semelhante a separação flash: 
� o gás permanece um certo tempo em contato com óleo(tempo de 
residência);
�Com um maior número de estágios o processo se assemelha a 
separação diferencial, o que tende a favorecer um maior vole=ume 
de óleo no tanque;
�Quanto maior o nº de estágios maior o volume de óleo no 
tanque,sendo que em projetos recentes emprega-se 2 estágios
�As condições de separação não são variáveis operacionais, são 
características definidas no projeto da unidade;
9- Tratamento do óleo
Espuma - Causada por impureza presentes no petróleo;
�Dificuldade em controlar o nível de líquido, pelo surgimento de 
mais fase no sistema;
�Redução no volume útil do vaso;
�Arraste de espuma no gás e líquido efluentes;
Parafina
� Pode afetar a operação de separação, depositadas nas
� placas coalescedoras e extratores de névoa;
9- Tratamento do óleo - problemas
Areia
�Pode obstruir internos, acumular no fundo, causar erosão e/ou 
interrupção de válvulas;
Emulsões 
� Causam problemas ao controle de nível de líquido, o que leva a 
uma redução na eficiência de separação;
Arraste
� Ocorre quanto líquido é arrastado pela corrente de gás ou 
quando o gás sai juntamente com o líquido.
9- Tratamento do óleo - Problemas
� Separação de um líquido condutor disperso em um meio pouco 
condutor;
�As gotas de água se polarizam e tendem a passar da forma 
esférica para a forma elíptica;
9- Tratamento do óleo – TO
9- Tratamento do óleo – TO
Figura 9 – Detalhes do separador eletrostático5
9- Tratamento do óleo – TO
Figura 10 – Vista externa de um Separador eletrostático5
�A aplicação de um campo elétrico de alta voltagem a uma 
emulsão faz com que as gotículas de água dispersas no óleo 
adquiram uma forma elíptica alinhadas na direção do campo, 
com pólos induzidos de sinais contrários, que criam uma força de 
atração provocando a coalescência.
�Este é o princípio dos tratadores eletrostáticos, que são 
frequentemente encontrados nos sistemas marítimos de 
produção;
�O tratamento termoquímico consiste na quebra de emulsão por 
meio de aquecimento, geralmente na faixa de 45 a 60 oC, em 
equipamentos conhecidos como tanques de lavagem e tratadores 
e que são bastante usados em campos de petróleo terrestres;
9- Tratamento do óleo – TO
Bibliografia
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retortagem conjunta de xisto betuminoso e borracha de pneus usados. Dissertação. 
Universidade Federal do Paraná,2005.
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água em Óleo Pesado para Aplicações em Projeto de Separadores Gravitacionais. 
Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual de Campinas, 2004.
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Tecnologia da Industria do Gás Natural. Editora: Edgard Blucher, São Paulo, 2008. 
� [4]- Jorge Heleno Santos Porto. Processamento de Petróleo.Curso de formação de 
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� [5] – Frederico Vieira e Robson Dourado. Processamento Primário de Petróleo. Instituto 
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