Praticas de Engenharia

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CENTRO UNIVERSITÁRIO TIRADENTES
CURSO DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO
	
BOMBEIO DE CAVIDADES PROGRESSIVAS - BCP
MACEIÓ – AL 
MARÇO DE 2015
CENTRO UNIVERSITÁRIO TIRADENTES
CURSO DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO
EQUIPE:
ANÍZIA GABRIELLA ARAÚJO VIEIRA - VICE-LÍDER 
ADRYELLE FRANCISCA DA SILVA - PESQUISADORA 
CARLOS ROBERTO CORREIA GOMES – LÍDER 
LUANA PAULA GRANJA DOS SANTOS - PESQUISADORA E DESIGNER 
GUSTAVO DE SOUZA - RELATOR
MARIANA BELO PEREIRA DE ARAÚJO – PESQUISADORA 
JOSÉ RIDENNYLSON NASCIMENTO DA R. LINS –PESQUISADOR 
BOMBEIO DE CAVIDADES PROGRESSIVAS - BCP
(PRÁTICAS DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO) 
Relatório apresentado ao Curso de Engenharia de Petróleo, como requisito para avaliação da disciplina Práticas de Engenharia de Petróleo, ministrada pelo professor Líbel Pereira Fonseca.
MACEIÓ – AL 
MARÇO DE 2015
1.INTRODUÇÃO
 Quando a pressão do reservatório é suficiente elevada, os fluidos nele contidos alcançam livremente a superfície, dizendo-se que são produzidos por elevação natural. Os poços de produzem desta forma são denominados de poços surgentes.
 Quando a pressão do reservatório é relativamente baixa, os fluidos não alcançam a superfície sem que sejam utilizados meios artificiais para elevá-los. O mesmo ocorre no final da vida produtiva por surgência ou quando a vazão do poço está muito abaixo do que poderia produzir, necessitando de uma suplementação da energia natural através de elevação artificial. Utilizando equipamentos específicos reduz-se a pressão de fluxo no fundo do poço, com o conseqüente aumento do diferencial de pressão sobre o reservatório, resultando em um aumento de vazão.
 Os métodos de elevação artificial mais comuns na industria do petróleo são:
Gás-lift Continuo e Interminente (GLC e GLI)
Bombeio Centrifugo e Submerso (BCS)
Bombeio Mecânico com Hastes (BM)
Bombeio por Cavidades Progressivas (BCP)
 A seleção do melhor método de elevação artificial para um determinado poço ou campo depende de vários fatores. Os principais a serem considerados são: número de poços, diâmetro do revestimento, produção de areia, razão gás-lift, vazão, profundidade do reservatório, viscosidade dos fluidos, mecanismo de produção do reservatório, disponibilidade de energia, acesso aos poços, distância dos poços às estações ou plataformas de produção, equipamento disponível, pessoal treinado, investimento, custo operacional, segurança entre outros.
 Cada método apresenta vantagens e desvantagens. Somente após conhecer com detalhes os quatro métodos de elevação artificial é que poderá optar por um deles para determinado poço.
 
 
2.OBJETIVO
 Esclarecer os tipos de elevação artificial mostrando suas vantagens e desvantagens para poços que não possuem a pressão adequada para a retirada de fluidos dando ênfase no método bombeio por cavidades progressivas (BCP).
3.DESENVOLVIMENTO
 3.1 BOMBEIO POR CAVIDADES PROGRESSIVAS ( BCP )
Os métodos de elevação são utilizados para transportar determinado fluido de um ponto de maior pressão para ponto de menor pressão. Eles se subdividem em: natural e artificial.O método artificial é usado no caso do reservatório não possuir pressão suficiente pra elevar esses fluidos até a superfície. Esses métodos de elevação também são utilizados no final da vida produtiva por surgência ou quando a vazão dos poços está muito abaixo do que poderiam produzir. 
O bombeio por cavidades progressivas (BCP) é um método de elevação artificial em que a transferência de energia ao fluido é feita através de uma bomba de cavidades progressivas.É uma bomba de deslocamento positivo que trabalha imersa em poço de petróleo, constituída de rotor e estator.
A geometria do conjuntoé tal que forma uma série de cavidades herméticas idênticas. O rotor ao girar no interior do estator origina um movimento axial das cavidades, progressivamente, no sentido da sucção para a descarga, realizando a ação de bombeio
O acionamento da bomba pode ser originado da superfície, por meio de uma coluna de hastes e um cabeçote de acionamento, ou diretamente no fundo do poço, por meio de um acionador elétrico ou hidráulico acoplado á bomba.
A utilização das bombas de cavidades progressivas para a elevação artificial de petróleo no Brasil teve inicio em 1984, em fase experimental. Embora o número de instalações com esse tipo de equipamento seja ainda pequeno, devido à simplicidade do método e a eficiência na produção de fluido viscosos, esse método tem se difundido rapidamente.
O método BCP tem diversas vantagens, e em suas características gerais ele é excelente para fluidos abrasivos e viscosos; possui baixas vazões, a bomba de deslocamento positivo que trabalha imersa em poço de petróleo, constituída de rotor e estator; trabalha em pouca profundidade; a temperatura do fundo é fator limitante; e é inadequado para poços desviados. 
No BCP a transferência de energia ao fluido é feita através da utilização de uma bomba de cavidades progressivas. Esta bomba de deslocamento positivo trabalha imersa em poços de petróleo e é constituída de rotor e estator. A ação do bombeio é realizada através do giro do rotor no interior do estator originando um movimento axial das cavidades, progressivamente no sentido da sucção para a descarga. O acionamento da bomba pode ser originado da superfície através da coluna de hastes e um cabeçote de acionamento, ou no fundo do poço devido um acionador elétrico ou hidráulico acoplado á bomba (THOMAS, 2004).
Os equipamentos de um poço equipado para produzir por BCP são:
3.1.1 Cabeçote 
Este equipamento se encontra localizado entre o motor e a coluna de hastes. Ele tem como funções: Transmitir o movimento de rotação do motor para a coluna de hastes, reduzir a velocidade de bombeio (100 a 500 rpm), sustentar os esforços axiais da coluna de hastes e vedar o espaço anular entre a coluna de hastes e a coluna de produção através do stuffinf Box, não permitindo o vazamento de fluídos para o meio ambiente. 
Os cabeçotes utilizados são acionados através de um motor elétrico trifásico por meio de correias e polias. A redução vertical possui transmissão de rotação direta do eixo polido do cabeçote, utilizando motores de 900 ou 1.200 rpm, em poços com velocidade de bombeio acima de 300 rpm. Na redução angular possui um redutor de velocidade mecânico tipo coroa e pinhão, utilizados em poços em que são necessárias baixas velocidades de bombeio e podem ser utilizados com qualquer tipo de motor elétrico. 
Existe um sistema de freio mecânico responsável por travar o cabeçote quando acontece uma parada de funcionamento, sendo por desligamento intencional ou falta de energia. Esse freio age quando a velocidade de rotação das hastes chega à zero, impedindo o movimento de reversão da coluna de hastes. Esse movimento reverso livre ocasionará danos ao equipamento e perigo para os profissionais de operação, pois pode atingir velocidades muito elevadas. 
3.1.2.Motor 
No bombeio por cavidades progressivas são utilizados motores elétricos ou de combustão interna. Os motores elétricos apresentam maior eficiência, menores custos de manutenção, menor ruído, custos mais baixos de operação, além de serem operados facilmente. Os motores a combustão interna são utilizados onde não há disponibilidade de energia elétrica próximo ao local do poço. 
3.1.3.Quadro de comandos 
O quadro de comandos tem como função proteger o motor, cabeçote e bomba para evitar danos nesses equipamentos do BCP. Quando é utilizado motores elétricos o quadro contém um relé térmico que desliga o conjunto quando a amperagem é maior que a máxima permissível. No caso da utilização de motores de combustão interna o sistema pode ser desligado devido à pressão do óleo, baixo nível de combustível ou temperatura excessiva do motor (THOMAS, 2004). 63 
3.1.4.Equipamentos de subsuperfície3.1.5.Bomba de subsuperfície
Um sistema de BCP consta de uma bomba de subsuperfície composta unicamente de um rotor helicoidal e de um estator, ou camisa. O rotor é uma peça usinada de aço em formato de um espiral macho, revestido por uma camada de cromo para reduzir o efeito da abrasão. O estator é fabricado em material macio, geralmente um elastômetro, moldado no formato de espiral fêmea, com uma espira a mais do que o rotor. No momento em que as duas peças são encaixadas é formado entre elas uma série de espaços seqüenciais estanques, onde irá se alojar o fluido produzido. 
O bombeio do fluido que entra na sucção da bomba é ocasionado pela rotação do rotor em relação ao estator, provocando o deslocamento dessas cavidades de uma extremidade da bomba para a outra, resultando na entrada do fluido da bomba. Não são utilizados válvulas para controlar o fluxo de fluido pela bomba, pois o fluxo é contínuo e praticamente constante. Na Figura 40 é representada a geometria do rotor e do estator e a variação das cavidades para três posições diferentes do rotor. 
No período que determina a vida produtiva do poço é necessário que seja feito um acoplamento freqüente e cuidadoso do nível de fluido no anular, pois a falta de fluido em
quantidade suficiente para lubrificar e resfriar a bomba pode causar um superaquecimento e queimar a borracha do estator.
O tipo de bomba vai depender do sistema de ancoragem, elas podem ser tubulares ou insertáveis. Nas bombas tubulares o estator desce enroscado na coluna de tubos e o rotor conectado à coluna de hastes. Em relação às bombas insetáveis, as tubulares apresentam como vantagens melhor eficiência no bombeio de fluidos viscosos e parafínicos, por poderem operar com rotações menores e pela disponibilidade de bombas para vazões de até 230 m³/dia.
Nas insertáveis a bomba ficará presa no fundo do poço. A bomba completa é descida e acoplada á coluna de hastes. A sua principal vantagem é a possibilidade de trocar o conjunto de fundo sem ocasionar movimentos à coluna de produção, além de requerer sondas de menor capacidade. A desvantagem é que só tem bombas disponíveis para pequenas vazões (até 70 m³/dia).
A bomba utilizada em determinado poço vai ser selecionada de acordo com a vazão desejada, dimensões da coluna de produção e do revestimento e características do fluido a ser bombeado, profundidade de assentamento.
3.1.6. Coluna de hastes
Na coluna de hastes é onde ocorre a carga axial e torques máximos. Esses esforços ocorrem na haste polida, por isso a mesma deverá ser dimensionada de forma que o suporte.
A carga axial máxima corresponde à soma do peso da coluna de haste no fluido mais a carga atuando sobre o rotor referente ao diferencial de pressão sobre a bomba. O torque máximo corresponde à soma do torque hidráulico (corresponde à energia para deslocar o fluido pela bomba), e de fricção na bomba (perdas por fricção no interior da bomba entre o estator e o rotor), mais o torque resistente da coluna de hastes (corresponde à dificuldade de girar as hastes no interior do fluido) (THOMAS, 2004).
3.1.7.Acompanhamento do poço em produção
No bombeio por cavidades progressivas o acompanhamento da produção é feito através de testes de produção, verificação de vibrações no cabeçote e registros de sonolog (THOMAS, 2004).
A utilização de bombas de cavidades progressivas para elevação artificial no Brasil teve inicio em 1984 em fase experimental. Devido a simplicidade do método e da eficiência na produção de fluidos viscosos, o número de instalações com esse tipo de equipamento tem se difundido rapidamente.
O BCP consiste em uma bomba do tipo deslocamento positivo, composto de um motor metálico com a formade um parafuso sem fim e de um estator. As folgas existentes entre o rotor e o estator formam os volumesdas cavidades. A rotaçãodo rotor produz o deslocamento dos fluidos dentro das cavidades. 
Os poços terrestres que possuem método de elevação por Bombeio de Cavidades Progressivas (BCP) apresentam uma quantidade de intervenção muito alta devido à ruptura dos materiais (hastes) que formam o sistema de elevação e produção do poço.
Uma das causas mais freqüentes de intervenção em poços é a troca de hastes partida, a haste partida causa o não funcionamento do método de elevação (BCP) que interrompe a produção do poço e consequentemente necessita de manutenção e troca de todos os materiais que compõe o sistema BCP. A inspeção visual dos poços é feita com periodicidade, mas, às vezes, o poço fica parado por algum tempo ocasionando uma perda de produção.
O acompanhamento de um poço que está produzindo por BCP é feito através de testes de produção, verificação de vibrações no cabeçote e registros de sonolog. Vibrações no cabeçote ou ruído anormal podem significar rolamento defeituoso, falta de óleo lubrificante no cabeçote ou choque das hastes contra a coluna de produção. A verificação constante da pressão na cabeça do poço é importante no acompanhamento de poços que produzem por este método. O aumento gradativo da pressão pode significar parafinação da linha de produção.
 4. Bombeio Centrífugo e Submerso (BCS)
A utilização do bombeio centrífugo submerso está se expandindo na elevação artificial de petróleo pela crescente flexibilidade dos equipamentos disponíveis. Neste tipo de bombeio, a energia é transmitida para o fundo do poço através de um cabo elétrico. A energia elétrica é transformada em energia mecânica através de um motor de subsuperfície, o qual está diretamente conectado, através de um selo mecânico, a uma bomba centrífuga de múltiplos estágios. Esta transmite a energia para o fluido sob forma de pressão, elevando-o para a superfície. O bombeio centrífugo submerso é considerado um método de elevação artificial para poços que produzem altas vazões, com alto teor de água a baixa razão gás-óleo. Atualmente é aplicado também em poços com fluidos de alta viscosidade e poços com altas temperaturas. O gás é o inimigo número 1 do BCS uma vez que promove queda de eficiência da bomba (cavitação) e pode até ocasionar parada da mesma por gas lock. Além disso, a areia é outro componente indesejável, pois pode promover a abrasão nos internos da bomba. O conjunto BCS é montado na extremidade da coluna de produção, e é descido nesta ordem (do mais fundo para o mais raso): Motor, selo, admissão e bomba propriamente dita. Este conjunto, com todos os componentes unidos uns aos outros por luvas de acoplamento, impulsiona o óleo de determinada altura, até a superfície. Deve ser dimensionado de acordo com a produtividade do poço e instalado a uma profundidade em que a sucção da bomba fique sempre submergida. A energia elétrica é conduzida da superfície até o motor por meio de um cabo elétrico especialmente projetado para este fim, fixado à coluna de produção. Todo sistema de controle e proteção do motor é feito pelo quadro de comando que é ligado diretamente ao transformador da tensão. A caixa de junção é instalada entre a cabeça do poço e quadro de comando e tem por finalidade evitar que alguma quantidade de gás que eventualmente migre pelo interior do cabo, chegue até o quadro de comando. Nos poços off-shore, onde é exigida uma maior segurança, a passagem do cabo através da cabeça é feita com a utilização de um mandril eletrosub. Quando se deseja medir e ou registrar os valores de pressão e temperatura de fundo, é descido com o motor, um sensor que emite sinais para a superfície, utilizando o mesmo cabo que conduz a energia para o motor. Estes sinais são decodificados e mostrados os valores de sua forma digital num monitor na superfície. Pode-se utilizar uma impressora para registro desses valores. Acima do motor, o selo evita a contaminação do óleo do motor pelo próprio óleo produzido, preservando o mesmo e aumentando sua vida útil. Além disso, promove a conexão entre o motor e a bomba. Antes da bomba há uma seção de admissão, onde usualmente se utilizam equipamentos para diminuir a presença de gás na sucção da bomba ou diminuir o tamanhodas bolhas de gás de forma a minimizar sua interferência na bomba. A bomba possui múltiplos estágios, dispostos um imediatamente acima do outro e cada estágio é composto de um rotor (parte móvel) e um estator (parte estacionária). O óleo passa por dentro da bomba sendo rotacionado em altas velocidades pelo rotor e arremessado contra o estator. Este processo transforma a energia cinética oferecida pelo motor em energia de pressão e possibilita que o óleo seja elevado até a superfície. Resumo de suas características:
 • Bomba centrífuga; 
• Altas vazões;
• Poços profundos;
 • Produção de areia e gás representam problemas;
 • Baixo MTBF (Medium Time Between Failures) – Tempo médio entre falhas; 
• Custo de investimento elevado.
5. Bombeio Mecânico (BM)
O bombeio mecânico é um método de elevação artificial utilizado apenas em campos terrestres, e seu príncipio de funcionamento se baseia no movimento rotativo de um motor elétrico ou de combustão interna, que é transformado em movimento alternativo por uma unidade de bombeio localizada próxima à cabeça do poço. Uma coluna de hastes transmite o movimento alternativo para o fundo do poço, acionando uma bomba que eleva os fluidos produzidos pelo reservatório para a superfície. O bombeio mecânico é o método de elevação artificial mais utilizado em todo o mundo. Pode ser utilizado para elevar vazões médias de poços rasos ou baixas vazões para poços de grande profundidade. Esse método de elevação é razoavélmente problemático em poços que produzem areia, em poços desviados e em poços onde parte do gás produzido passa pela bomba. A areia desgasta mais rapidamente as partes móveis e a camisa da bomba devido a sua abrasividade. O gás passando pela bomba reduz sua eficiência volumétrica, podendo até provocar um bloqueio de gás. Contudo, o efeito do gás no bombeio mecânico é menos problemático que no bombeio centrífugo submerso ou no bombeio de cavidades progressivas. Resumo de suas características: 
• Método mais utilizado;
 • Baixas vazões; 
• Poços com pouca profundidade;
 • Aplicação onshore;
 • Inadequado para poços desviados;
 • Bomba de deslocamento positivo; Movimento rotativo de um motor elétrico ou de combustão interna é transformado em movimento alternativo por uma unidade de bombeio. Uma coluna de hastes transmite o movimento alternativo para o fundo do poço, acionando uma bomba que eleva os fluidos produzidos pelo reservatório para a superfície.
6. Gás-lift Contínuo e Intermitente 
O método gás-lift contínuo baseia-se na injeção contínua de gás a alta pressão na coluna de produção com o objetivo de gaseificar o fluido desde o ponto de injeção até a superfície. O gás aqui em questão é o gás natural fruto da produção do próprio poço, que é comprimido em compressores na plataforma e enviado ao anular do poço através de uma linha de serviço. Na superfície, o controle da injeção de gás no poço é feito através de um regulador de fluxo, ou choque. Já no poço há uma válvula de Gás-Lift que promove a comunicação entre o anular e a coluna de produção e segue pela linha de produção até chegar à plataforma. É instalado dentro da coluna de produção um mandril de gás-lift, onde se encontra uma válvula de gás-lift, que pode ser um orifício ou um dispositivo que se abre em função da pressão no anular ou no interior da coluna. A válvula de gás-lift tem a função de controlar o fluxo de gás e estabelecer contato entre anular e coluna de produção. Pode também haver mais de uma válvula de gás-lift (e conseqüentemente mais de um mandril ) para que se realize o descarregamento do poço, quando o mesmo, parado para manutenção, precise retornar a produção. Resumo de suas características: 
• Reduz a densidade dos fluidos produzidos;
 • Uso similar offshore e onshore;
 • Método padrão e versátil com excelente continuidade operacional;
 • Sem problemas para poços desviados;
 • Propício para poços que produzem fluidos com alto teor de areia ou com elevada razão gás-líquido
O método gas-lift intermitente baseia-se no deslocamento de golfadas de fluido para a superfície através de injeção de gás a alta pressão na base da coluna. Esta injeção de gás possui tempos bem definidos e, normalmente, é controlada na superfície por um intermitor de ciclo e no poço por uma válvula de gas lift. O sistema, porém é muito parecido com o gas lift contínuo, sendo o principio de funcionamento completamente diferente. Aplicável apenas a poços de baixa produtividade. Resumo de suas características: 
• Deslocamento de golfadas de fluido para a superfície através da injeção de gás a alta pressão na base das golfadas. Esta injeção de gás possui tempos bem definidos e, normalmente é controlada na superfície por um intermitor de ciclo e uma válvula controladora;
 • Baixas vazões e altas RGL; 
• Baixa eficiência energética.
7. Fabricantes de bombas por cavidades progressivas 
Alguns sites de empresas brasileiras e que atuam no Brasil vendendo ou alugando bombas por cavidades progressivas
http://www.valge.com.br/index.html
A VALGE® é uma empresa brasileira, com sede em São Leopoldo, Rio Grande do Sul - Brasil.
Fundada em 01 de Junho de 1996, tem suas atividades voltadas para o projeto, desenvolvimento, fabricação e comercialização de Bombas de Cavidades Progressivas de fundo e de superfície, Cabeçotes de Acionamento para Bombas de Cavidades Progressivas, e peças de reposição para a indústria do petróleo.
http://www.netzsch.com.br/website/pt_br/empresa.brasil.php
A NETZSCH do Brasil pertence ao grupo familiar alemão "Erich Netzsch Holding" e é a maior filial fora da Alemanha.
A NETZSCH do Brasil é responsável pela produção e comercialização de Bombas de Cavidades Progressivas para as Américas (Norte, Central e Sul) e toda a produção está concentrada na Unidade Fabril de Pomerode - SC.
 8.CONCLUSÃO
A elevação artificial constitui-se de uma série de métodos para elevar os fluidos até a superfície, dependendo do tipo de poço e das condições que ele apresenta. Foi enfatizada no método de Bombeio por cavidade progressiva (BCP) que consiste na transferência de energia ao fluido através de uma bomba de deslocamento positivo que trabalha imersa em um poço de petróleo, constituída de rotor e estator. Bombeia com eficiência fluidos com alta e baixa viscosidade, óleos parafínicos e fluidos com areia.
9.REFERENCIAS
Disponível em:
https://prezi.com/gkoob88nwaql/bombeio-por-cavidade-progressiva/
http://www.petroleo.ufc.br/index.php?option=com_content&task=view&id=389&Itemid=56
http://pt.slideshare.net/VictorSaid/mtodos-de-elevao-de-petrleo
http://www.simonsen.br/its/pdf/apostilas/base-tecnica/2/ambupprod-petroleo-e-gas-2-ano-3-capitulo.pdf
THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de engenharia de petróleo. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2004.
Monografia apresentada à Universidade
Federal Rural do Semi – Árido – UFERSA,
RONNIFRAN CABRAL DE LIMA LEONEZ