Garantia de Escoamento

Prévia do material em texto

5/8/2017
1
5/8/2017
2
Sistema Marítimo de Produção
Garantia de Escoamento
5/8/2017
3
Dutos
 Funções principais e classificação
 Projeto de dutos
 Garantia de escoamento
 Estabilidade hidrodinâmica
 Fadiga por VIV
 Instalação
Flow Assurance
Slug
5/8/2017
4
Hidratos
 Composto cristalino em que as moléculas de água 
envolvem as moléculas de gás
Hidratos
 Condições operacionais que favorecem a formação de 
hidratos:
 Contato entre gás e água;
 Baixas temperaturas;
 Altas pressões.
5/8/2017
5
Hidratos
 Curva de dissociação de hidrato:
Hidratos
 Curva de dissociação de hidrato:
5/8/2017
6
Hidratos
 Curva de dissociação de hidrato:
Hidratos
 Condições necessárias à formação dos hidratos: 
 Quantidade suficiente de água;
 Condições de pressão e temperatura adequadas (curva de 
hidrato).
5/8/2017
7
Hidratos
 Fatores aceleram a formação de hidratos: 
 Escoamento turbulento
 Sítios de nucleação
 Presença de água livre
Hidratos
 Problemas:
 O hidrato pode obstruir linhas e equipamentos em várias 
etapas da exploração do petróleo (perfuração; 
completação; produção; escoamento da produção) 
 Consequências: 
 Requerimento de aumento de potência de bombeamento
 Redução da vazão
 Riscos operacionais 
 Bloqueio da linha 
5/8/2017
8
Hidratos
 Prevenção:
 Operar fora do envelope de hidratos:
 Reduzindo as pressões;
 Aumentando as temperaturas (isolando e/ou aquecendo as 
linhas);
 Retenção e adição de calor:
 Isolamento térmico da linhas de produção
 Injeção de vapor nas linhas de produção
 Passagem de corrente elétrica
 Dutos do tipo pipe‐in‐pipe (PIP):
 Vazio para circulação de água quente 
(isolamento ativo)
 Material isolante térmico
 Sistema elétrico de aquecimento
Hidratos
 Prevenção:
 Inibidores de hidrato:
 Inibidores termodinâmicos
 Inibidores cinéticos
 Anti‐aglomerantes
5/8/2017
9
Hidratos
 Prevenção:
 Inibidores termodinâmicos:
 Deslocam o envelope de hidratos para a esquerda:
 Sais: NaCl, CaCl2, KCl
 Álcoois: metanol, etanol
 Glicóis: MEG, DEG 
Hidratos
 Prevenção:
 Inibidores cinéticos:
 Polímeros solúveis em água capazes de retardar  a nucleação 
dos hidratos e diminuir a taxa de crescimento de cristais;
 Inibidores de baixa dosagem.
 Anti‐aglomerantes:
 Polímeros e surfactantes capazes de retardar  a aglomeração de 
cristais e facilitar o transporte dos núcleos já formados;
 Baixa dosagem.
5/8/2017
10
Hidratos
 Remediação:
 Redução controlada da pressão na linha:
 Dissolução é lenta e pode levar semanas ou até meses.
 Riscos operacionais.
 Alto custo.
 Aquecimento;
 Intervenção mecânica.
Flow Assurance
Slug
5/8/2017
11
Incrustação
 Sais inorgânicos de baixa solubilidade em água que 
precipitam e são aglomerados em diferentes pontos
do sistema de produção
Água injetada ou 
produzida
em um 
reservatório
Minerais em 
Solução
Precipitação
Incrustação
Fundo do Poço
Equipamentos de 
Superfície
Bloqueio do 
fluxo de fluido
Falha dos 
equipamentos
Shutdown de 
Emergência
Gastos com 
Manutenção
Diminuição da 
Produção
Incrustação
 Problemas:
 Aumento da perda de carga nas linhas de produção
 Prejuízos com redução do diâmetro interno
 Perda parcial ou até mesmo total da vazão 
 Custos operacionais de intervenção e limpeza
 Locais comuns de ocorrência:
 Formação
 Canhoneados
 Espaço anular de telas de contenção de areia
 Tubulação de produção
 Equipamentos de subsuperfície (válvulas, 
bombas)
 Equipamentos de superfície (vasos 
separadores, tanques, bombas) 
 Sistema de reinjeção de água
5/8/2017
12
Incrustação
 Sais incrustantes:
 Carbonato de cálcio (mais comum)
 Sulfato de cálcio
 Fosfato de cálcio
 Fosfato de zinco
Incrustação
 Formação:
Supersaturação de Sais
(CaCO3, CaSO4, Ca3 (PO4)2, Zn3 (PO4)2)
Formação de
micro‐cristais
Crescimento
dos cristais
Precipitados
(macro cristal)
Incrustação
5/8/2017
13
Incrustação
 Fatores que influenciam a formação de incrustação:
 Supersaturação
 Temperatura
 CaCO3 e CaSO4 são menos solúveis com aumento de T
 BaSO4 é mais solúvel com aumento de T
 Pressão
 Os sulfatos BaSO4, SrSO4 e CaSO4 são mais solúveis em 
pressões mais altas
 Forças Iônicas
 pH
 Aumento do pH diminui a solubilidade do carbonato de cálcio
Incrustação
 Fatores que influenciam a formação de incrustação:
 Produto de solubilidade (Kps)
 Índice de saturação (IS)
5/8/2017
14
Incrustação
 Previsão do potencial de precipitação:
 Modelagem termodinâmica:
 Simulação computacional que tem como objetivo prever:
 Tendência de formação (índice de saturação), 
 Quantidade (massa de precipitado).
 Modelos computacionais:
 Okscale ‐ Atkinson & Raju /1991
 Solmineq ‐ Kharaka / 1988
 GWB ‐ The Geochemist´s WorkbenchTM, Bethke /1994
 Multiscale ‐ Kaasa /1998
 Resultados:
 Equilíbrio Trifásico – óleo, gás, água
 Cálculo pH e concentrações iônicas
 Cálculo da água evaporada
 Potencial da formação de incrustação – índice de saturação e 
massa precipitada
Incrustação
 Prevenção:
 Impedir o crescimento da incrustação logo após sua 
formação
 Impedir que os cristais formados se fixem nas paredes 
dos tubos
 Escolha do Inibidor:
 Custos
 Corrosão
 Compatibilidade
 Efetividade de adsorção
5/8/2017
15
Incrustação
 Prevenção:
 Dosagem de inibidores de incrustação (anti‐
incrustantes):
 Dosagem contínua
 Squeeze no reservatório
 Injeção de água do mar dessulfatada.
Incrustação
 Remoção:
 Carbonatos: são solúveis em meio ácido.
 Remoção química feita com soluções de ácidos inorgânicos 
(HCl, HNO3) ou orgânicos (acético, fórmico).
 Sulfatos: são solúveis em meio alcalino.
 Remoção química feita com uma solução de um agente 
quelante (Fortilon®) alcalinizada com uréia.
 Carbonato de Cálcio (CaCO3)
 CaCO3 + 2HCl → H2O + CO2 + CaCl2
 Sulfato de Cálcio (CaSO4)
 CaSO4 + (NH4)2CO3 → (NH4)2SO4 + 
CaCO3 CaCO3 + 2HCl → H2O + CO2 + 
CaCl2 
 Sulfato de Bário (BaSO4)
 Processos Mecânicos
5/8/2017
16
Flow Assurance
Slug
Parafina
 As parafinas são compostas de uma mistura de 
hidrocarbonetos saturados de alto peso molecular.
 Solúveis em solventes líquidos preferencialmente 
apolares e de baixo peso molecular.
 Variações de temperatura e pressão quebram o 
equilibrio de fases, causando a precipitação da parafina
e resultando em uma fase sólida.
5/8/2017
17
Parafina
 Fatores que contribuem para a deposição de parafinas:
 Velocidade de Fluxo 
 Gradiente de temperatura  TIAC (Temperatura inicial 
de aparecimento de cristais)
Parafina
Métodos de remoção:
 Químicos: uso de solventes em presença de água atuam 
dissolvendo os depósitos parafínicos e uso de inibidores 
químicos que atuam mantendo os cristais formados em 
suspensão
 Mecânicos: uso de “pigs”
 Térmicos: métodos que se fundamentam em minimizar 
perdas de calor com isolamento térmico e/ ou adição de 
calor ao sistema
5/8/2017
18
Parafina
 Pig:
Flow Assurance
Slug
5/8/2017
19
Asfalteno
 Composto predominantemente por anéis 
aromáticos condensados
 São solúveis em hidrocarbonetos aromáticos, tais 
como, tolueno e benzeno e insolúveis em 
hidrocarbonetos  alifáticos, como n‐pentano, n‐
hexano e n‐heptano
Asfalteno
 Podem estar solúveis no óleo ou podem se 
precipitar devido a alterações no equilíbrio do 
sistema
 Razões Precipitações: 
 Pressão 
 Temperatura 
 Efeitos cinéticos
5/8/2017
20
Asfalteno
 Potencial de Precipitação de Asfaltenos
 Teste de precipitação dos asfaltenos comadição de 
compostos não solventes (n‐c7).
 Concentração de agente floculante necessária para dar 
início a sua precipitação na solução.
Asfalteno
 Prevenção:
 Prevenção da formação de borras asfálticas   
 Utilização de solventes aromáticos
 Uso de emulsões de ácido e solventes aromáticos
 Uso de aditivos químicos
 Remoção:
 Métodos mecânicos
 Limpeza e aplicações químicas
 Alterações nas condições de pressão, temperatura e fluxo 
de escoamento
5/8/2017
21
Flow Assurance
Slug
Emulsão
 Dispersão coloidal de fluidos imiscíveis ou parcialmente 
miscíveis
 Cadeias longa e átomos ligados com uma extremidade polar 
e outra extremidade apolar
 Comportamento de fluido 
não newtoniano e pseudoplástico
 Instabilidade
 Variabilidade de viscosidade sob influência de diversos 
fatores, dentre eles: a temperatura, o WC, o histórico do 
fluxo, as características físicas do óleo e entre outros
5/8/2017
22
Emulsão
 Tipos:
 Água‐Óleo: quando as gotas de água estão dispersas em 
uma fase contínua do óleo
 Óleo‐Água: neste caso as gotas de óleo que estão 
dispersas em uma fase contínua de água
 Múltiplas/ Complexas: quando as gotas de água dispersas 
no óleo são grandes o suficiente para abrigar gotas de 
óleo dentro delas (O/A/O) ou então quando as gotas de 
óleo dispersas na água são grandes o suficiente (A/O/A). 
Emulsão
 Tipos:
5/8/2017
23
Emulsão
 Problemas:
 Aumenta a viscosidade: compromete capacidade de 
sistemas de bombeio
 Água pode chegar a estar emulsionada em óleo em até 
60% do volume total de óleo. 
Emulsão
 Prevenção / Remediação:
 Aquecimento convencional 
 Tratamento químico 
 Separação gravitacional e/ou eletrostática
 Bases desemulsificantes (ULTROIL® EB): auxiliam na 
desestabilização da emulsão e separação das fases 
 Novas técnicas:
 Radiação micro‐ondas
 Aquecer a fase aquosa
 Reduz a viscosidade
 Ultrassom
 Gotículas de água se concentrem em determinados pontos 
Geração de ressonância das gotículas enfraquece as forças de 
superfície
5/8/2017
24
Flow Assurance
Slug
Golfada Severa
 Padrões de escoamento em sistemas multifásicos:
 Dependem principalmente das velocidades do gás e do 
líquido e da RGL
5/8/2017
25
Golfada Severa
 O regime de golfadas desenvolve‐se em  
decorrência de dois fatores:
 (a) instabilidade,
 (b) acumulação de líquido causada por uma mudança da 
inclinação no perfil do duto
Golfada Severa
 Formação do slug:
5/8/2017
26
Golfada Severa
 Produção do slug:
Golfada Severa
 Penetração do gás:
5/8/2017
27
Golfada Severa
 Despressurização do duto:
Golfada Severa
 Pressão na base do riser:
5/8/2017
28
Golfada Severa
 Consequências:
 Redução da capacidade de produção do campo
 Desgastes nos equipamentos de processamento
 Grandes vazões instantâneas, causando instabilidades no 
controle de líquido nos separadores
 Oscilações na vazão
 Sobrevazão de líquido no separador
 Alta pressão no separador
 Sobrecarga nos compressores de gás
 Dificuldade de produzir a baixa vazão
Golfada Severa
 Prevenção / Remediação:
• Controle da pressão
• Controle pela válvula de choke
• Mudanças na topografia
• Adoção de um slug catcher