Fundamentos de Engenharia de Petróleo

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Fundamentos de Engenharia de Petróleo
CAP. 1 
O PETRÓLEO
Histórico
No mundo
Existem relatos da existência e utilização do petróleo que remontam à antiguidade. Há até registros que foi utilizado na Torre de Babel e na Arca de Noé. Na Babilônia os tijolos eram assentados com asfalto e o betume era utilizado pelos fenícios na calafetação de embarcações. Egípcios na pavimentação de estradas, no embalsamento de mortos ilustres e na construção de pirâmides. Para Gregos e Romanos para fins Bélicos; dentre outros povos, como os incas, os maias e pelos índios.
A exploração de petróleo teve início nos Estados Unidos, em uma cidade chamada Tittusville, na Pensilvânia, em 1859, com a primeira perfuração feita pelo Coronel Drake. O poço possuía 21 metros de profundidade e foi perfurado com um sistema de percussão movido a vapor, que produziu 2 m³/dia de óleo. Foi descoberto que a destilação desse óleo poderia ser utilizada para a substituição do querosene obtido pelo carvão e óleo de baleia, até então muito utilizado na iluminação. E com a invenção dos motores a combustão ocorreu um aumento significativo devido maior utilização de gasolina e diesel.
Posteriormente, esse método de perfuração por sistema de percussão foi substituído pelo de perfuração por processo rotativo, fazendo com que, em 1900, no Texas, o americano Anthony Lucas conseguisse encontrar óleo a 354 metros de profundidade.
Com o tempo os métodos de exploração foram se aperfeiçoando, novas técnicas foram descobertas, ocorrendo a descoberta de novos poços e fazendo com que a produção não fosse somente dos Estados Unidos, mas também da Venezuela, Trinidad, Argentina, Borneu e Oriente Médio. Mas até então o maior produtor ainda era os EUA.
A década de 60 foi marcada pelo excesso de produção, abundância de petróleo, e pelo baixo preço no mercado. Oriente Médio e União Soviética tiveram grande sucesso na exploração das reservas de óleo e gás.
A década de 70 foi marcado por elevações nos preços do petróleo, grandes descobertas no Mar do Norte, México, países comunistas e de terceiro mundo. Os Estados Unidos devido a sua quantidade de tempo produzindo, seus poços foram ficando esgotados, fazendo com que ocorresse a busca por novas tecnologias, processos de recuperação, avanços na geoquímica, dentre outros.
Nos anos de 80 e 90, com os grandes avanços tecnológicos, as reservas mundiais se tornaram cada vez maiores e seus custos de produção e prospecção cada vez menores. 
Hoje o petróleo se tornou imprescindível para a vida. Além da utilização de derivados, centenas de compostos são produzidos a partir dele, como borracha, plástico, tinta, dentre outros. 
No brasil
Em 1858, o Marquês de Olinda assina um decreto concedendo a José Barros Pimentel o direito de extrair mineral betuminoso para fabricação de querosene na província da Bahia. Porém o primeiro poço com o objetivo de encontrar petróleo foi perfurado em 1897, por Eugênio Ferreira Camargo, no município de Bofete, em São Paulo. O poço atingiu profundidade de 488 metros e produziu 0,5 m³ de óleo.
Em 1919 foi criado o Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil, perfurando 63 poços em diversas partes do país, mas sem êxito.
Em 1938 inicia-se a perfuração de um poço em Lobato, na Bahia. Mas foi somente no ano seguinte que encontraram petróleo a uma profundidade de 210 metros. Apesar de inviável, o poço foi de grande importância para o desenvolvimento das atividades petrolíferas no país. Mas foi somente em 1941 que o primeiro campo comercial foi descoberto.
No governo Vargas, em 1953, deu-se partida decisiva nas pesquisas do petróleo brasileiro com a criação da Petrobras. De lá para cá foram descobertos novos estados produtores, como Pará, Ceará, Santa Catarina, dentre outros. Novas descobertas no mar, Bacia de Campos no Rio de Janeiro, plataforma continental no Rio Grande do Norte, e hoje bate recordes de produção de petróleo.
Constituintes do petróleo
O petróleo é uma substância líquida de coloração escura, oleosa, inflamável e menos densa que a água, que sua principal composição orgânica são os hidrocarbonetos.
O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e quantidades variáveis de não-hidrocarbonetos. 
Hidrocarbonetos são compostos orgânicos formados por carbono e hidrogênio. Podem ser classificados em saturados ou parafinas (carbonos unidos por ligações simples), insaturados ou olefinas (uma dupla ou tripla ligação carbono-carbono), aromáticos ou arenos (pelo menos um anel benzeno).
E os outros elementos são o enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais.
Cada reservatório possui o óleo com características diferentes, e nem todos os reservatórios produzem gás.
Cap. 2 noções de geologia de petróleo
O petróleo é originado de matéria orgânica. A matéria orgânica marinha é originada de microorganismos e algas que formam o fitoplâncton e não podem sofrer oxidação. Matéria orgânica, sedimento e condições termoquímicas apropriadas são fatores que levam ao início da formação de hidrocarbonetos.
Com o aumento da temperatura, as moléculas do querogênio começariam a ser quebradas, gerando compostos líquidos e gasosos, denominado catagênese. Para ter um acumulo de petróleo é necessário que tenha uma migração por meio de uma rocha porosa e permeável até ser contido por uma armadilha geológica. Essa rocha que possui espaços vazios a qual migrou se chama rocha reservatório. Para acumular petróleo é necessária uma barreira, uma rocha com baixa porosidade, e ela é chamada de rocha selante. 
As armadilhas ou trapas são estruturas geológicas que permite o acumulo e óleo e gás, é capaz de aprisionar o petróleo.
Cap. 3 prospeccção do petróleo
Um programa de prospecção tem o objetivo de localizar dentro de uma bacia sedimentar as situações geológicas que tenham condições para acumular petróleo e qual possui mais chances de conter esse petróleo. Para um programa de exploração é necessário um estudo geológico para analisar informações e elaboração de mapas de geologia de subsuperfície e um estudo geofísico para obter informações sobre a estrutura e a composição das rochas em superfície.
O método mais utilizado na indústria petrolífera é o método sísmico de reflexão, pois fornece alta definição das feições geológicas em subsuperfície propícias à acumulação de hidrocarbonetos, a um custo baixo. 
As fontes de energia sísmica mais utilizadas são a dinamite e o vibrador em terra e canhões de ar comprimido em levantamento marítimo. Os pulsos se propagam pelas camadas geológicas e refletem retornando a superfície com informações.
Cáp. 4 perfuração
A perfuração de um poço é feita através de uma sonda. Nessa sonda, as rochas são perfuradas pela ação de rotação e peso de uma broca, e esses fragmentos são removidos através de fluidos de perfuração ou lama que são injetados por bombas. Além da limpeza do fundo do poço, esses fluidos são importantes para evitar o influxo de fluidos indesejáveis (kick) e resfriar e lubrificar tanto a coluna quanto a broca; e são classificados em fluidos à base de água, à base de óleo e à base de ar ou de gás.
Os principais sistemas de sonda são: Sistema de Sustentação de Cargas, composto por torre ou mastro, subestruturas e estaleiros; de Geração e Transmissão de Energia, composto fontes de energia, sondas mecânicas, sondas diesel-elétricas; de Movimentação de Carga, composto por guincho, bloco de coroamento, catarina, cabo de perfuração e elevador; de rotação, composto de mesa rotativa, kelly, cabeça de injeção, top drive e motor de fundo, de circulação, composto por fase de injeção, fase de retorno e fase de tratamento; de segurança do poço, composto por cabeça de poço e preventores; de monitoração e o sistema de subsperfície (coluna de perfuração).
O poço é perfurado em fases e cada uma das fases é concluída com a descida de uma coluna de revestimento e sua cimentação, isso deve-se pela necessidade de proteger suas paredes.
Após a perfuração é realizada a perfilagem com o objetivo de obter características, medir algumas propriedades daformação e para ser avaliado economicamente.
Cap. 5 avaliação de formações
Primeiro ocorre estudos geológicos e geofísicos em um determinado local, após isso ocorre a perfuração do poço pioneiro. Durante a perfuração pode ser indicado indícios que naquela formação ocorra a presença de hidrocarbonetos. Após a perfuração é realizada a perfilagem final para saber informações importantes do poço e com isso ser avaliado o seu real potencial econômico. Depois é realizado os testes de formação para descobrir a capacidade produtiva do poço.
Um poço novo possui pressões estáticas originais. A partir que esse poço entra em produção essas pressões são alteradas. Quanto mais fluidos são retirados maiores são as quedas de pressão.
Diversos tipos de testes podem ser feitos, como: produtividade da formação identificação dos fluidos contidos na formação, dano na formação, testes de pressão dentre outros; e para traças perfis na perfilagem são utilizados o Production logging tool (PLT) e o Thermal decay time log (TDT).
Historia
Existem relatos da existência e utilização do petróleo que remontam à antiguidade. Há até registros que foi utilizado na Torre de Babel e na Arca de Noé. Na Babilônia os tijolos eram assentados com asfalto e o betume era utilizado pelos fenícios na calafetação de embarcações. Egípcios na pavimentação de estradas, no embalsamento de mortos ilustres e na construção de pirâmides. Para Gregos e Romanos para fins Bélicos; dentre outros povos, como os incas, os maias e pelos índios.
As primeiras tentativas aconteceram nos Estados Unidos em 1859, com a célebre descoberta do Cel. Drake, na Pensilvânia, após meses de perfuração, ele encontra o petróleo, com um poço de 21m de profundidade perfurado com um sistema de percussão movido a vapor, que produziu 2m3/dia de óleo. 
•Após cinco anos, achavam-se constituídas, nos Estados Unidos, 543 companhias entregues ao novo e rendoso ramo de atividade de exploração de petróleo. 
•Em 1900, no Texas, o americano Anthony Lucas, utilizando o processo rotativo, encontrou óleo a uma profundidade de 354m. 
No Brasil 
•As primeiras pesquisas relacionadas diretamente ao petróleo ocorreram em Alagoas em 1891. Porém, o primeiro poço brasileiro com objetivo de encontrar petróleo foi perfurado em 1897 em São Paulo, com profundidade de 488m, produzindo 0,5m3/dia de óleo. 
•Com a criação do Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil e do DNPM, até o final de 1939 aproximadamente 80 poços tinham sido perfurados. 
A partir de 1953, no governo Vargas, foi instituído o monopólio estatal do petróleo com a criação da PETROBRAS. 
•A década 80 foi marcada por três fatos relevantes: ocorrência de petróleo em Mossoró (RN); descobertas dos campos gigantes em águas profundas da Bacia de Campos (RJ) e as descobertas do Rio Urucu, no Amazonas. 
•Atualmente as grandes descobertas nas camadas do pré-sal.