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ELEVAÇÃO ARTIFICIAL DE PETRÓLEO
Professora Carla Wilza Souza de Paula Maitelli
UFRN/DPET
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO
DISCIPLINA: ELEVAÇÃO ARTIFICIAL DE PETRÓLEO
CÓDIGO: PTR0314 – Disciplina obrigatória
PROFESSORA: CARLA WILZA SOUZA DE PAULA MAITELLI
SEMESTRE EMERGENCIAL SUPLEMENTAR 2020.5
EMENTA
Introdução à elevação de petróleo. Curvas de desempenho de reservatório. Gas Lift Contínuo. Gas Lift Intermitente. Plunger Lift. Bombeio Centrífugo Submerso (BCS). Bombeio Mecânico (BM). Bombeio por Cavidades Progressivas (BCP). Outros Métodos.
PLANO DE CURSO
(datas e tópicos poderão sofrer alterações durante o período)
COMPETÊNCIAS E HABILIDADES
O aluno deverá desenvolver competências para conhecer as etapas da Elevação Artificial em poços de petróleo, identificando técnicas operacionais e equipamentos envolvidos.
OBJETIVOS
Identificar os principais métodos de elevação artificial e seus componentes;
Compreender o princípio de funcionamento e os fenômenos físicos que envolvem a elevação de petróleo.
METODOLOGIA
A carga horária do componente curricular será ministrada 100% remotamente, nos formatos síncrono ou assíncrono. 
As aulas no formato síncrono utilizarão as plataformas Skype e/ou Google Meet. Em dias pré-determinados, aulas síncronas serão ministradas terças-feiras e/ou quintas-feiras, entre 8h e 12h. As dúvidas e atividades serão debatidas nos momentos de encontro síncrono.
Os tópicos do plano de curso serão distribuídos conforme cronograma contido neste documento. 
O material para aulas assíncronas será disponibilizado no formato de slides com e sem narração, poderão estar no formato de vídeos, via SIGAA ou DROPBOX ou correio eletrônico (conforme necessidade do discente).
Listas de exercícios serão lançadas conforme o avanço do conteúdo do curso.
PLANO DE CURSO
(datas e tópicos poderão sofrer alterações durante o período)
AVALIAÇÕES
O conceito final do aluno será composto pelos seguintes instrumentos avaliativos:
Três (3) avaliações serão disponibilizadas via SIGAA, em datas pré-determinadas e com prazo de entrega de cinco (5) horas. As avaliações acontecerão conforme assuntos estudados e desenvolvimento do cronograma;
Trabalhos individuais e/ou grupo, com prazo e datas de entrega pré-determinadas.
PLANO DE CURSO
CONTEÚDO
1.	Conceitos Básicos
1.1	Sistemas de produção
Produção de petróleo no mundo. Matriz energética. Desafios. Ciclo de produção.
1.2	Escoamento multifásico em tubulações
Propriedades dos fluidos. Correlações empíricas para o escoamento multifásico dos tipos A, B, C. Padrões de escoamento. Modelos mecanicistas. Aplicações em poços operando por métodos de elevação artificial. Exercícios.
2.	Elevação Natural
2.1	Produtividade de um poço (IP, IPR, TPR)
Modelos de IP linear, IPR de Vogel e IPR composta. Gradiente de pressão na coluna de produção. Relação IPR/TPR. Aplicações para sistemas elevação artificial. Exercícios.
3.	Elevação Artificial
3.1	Definição
Definições gerais sobre os métodos de elevação artificial do petróleo. Métodos mais empregados no Brasil e no mundo. Histórico.
PLANO DE CURSO
3.2	Métodos Pneumáticos 
3.2.1 Método de elevação artificial por Gas Lift (Gas Lift Contínuo - GLC e Gas Lift Intermitente - GLI)
Introdução ao Gas Lift. Histórico. Funcionamento do método. Injeção de gás por GLC. Injeção de gás por GLI – ciclo do processo de intermitência. Equipamentos. Válvulas – choke, motor valve. Operação de descarga. Diagramas de fluxo. Cálculo de vazões de injeção. Exercícios de aplicação.
3.2.2 Método de Elevação Artificial por Plunger Lift (PL)Equipamentos de superfície e subsuperfície. Funcionamento do método e ciclo de operação. Automação e Controle.
3.3	Método de Elevação Artificial por Bombeio Centrífugo Submerso - BCS (método de bombeio)
Funcionamento do sistema BCS. Histórico. Equipamentos de superfície: quadro de comando e VSD. Leis de Afinidade. Equipamentos de subsuperfície: motor, separador de gás, selo, bomba centrífuga. Sistema elétrico. Cabos. Efeito da viscosidade do fluido no sistema. Efeito da presença de gás na bomba centrífuga. Cartas amperimétricas (monitoramento). Dimensionamento. Exercícios de aplicação.
PLANO DE CURSO
3.4	Método de Elevação Artificial por Bombeio Mecânico - BM (método de bombeio)
 Funcionamento do sistema BM. Histórico. Bomba de fundo – curso ascendente e descendente, válvulas de pé e de passeio. Equipamentos de superfície: unidade de bombeio, caixa de redução, contrapesos, motor elétrico. Equipamentos de subsuperfície: bomba de fundo, válvulas. Haste polida e coluna de hastes. Cartas dinamométricas (monitoramento). Parâmetros operacionais - método convencional e modelo API. Cinemática da UB – MHS, série de Fourier e modelo exato. Exercícios de aplicação.
3.5	Método de Elevação Artificial por Bombeio de Cavidades Progressivas – BCP (método de bombeio)
Funcionamento do sistema BCP. Histórico. Equipamentos de subsuperfície: bomba de fundo – geometria, propriedades do elastômero; coluna de hastes. Equipamentos de superfície: motor elétrico, cabeçote, haste polida. Parâmetros para dimensionamento: torque hidráulico, potência requerida, vazão real, vazão teórica e vazão nominal.
3.6	Outros Métodos
BIBLIOGRAFIA
 THOMAS, J. E.; TRIGGIA, A.; CORREIA, C. A.; FILHO, C. V.; XAVIER, J. A. D.; MACHADO, J. C. V.; FILHO, J. E. de S.; PAULA, J. L. de; ROSSI, N. C. M. de; PITOMBO, N. E. S.; GOUVEIA, P. C. V. de M.; CARVALHO, R. de S.; BARAGAN, R. V. Fundamentos da engenharia de petróleo. Editora Interciência, 2a edição, Rio de Janeiro, RJ, 2001.
 BROWN, K. E. The technology of artificial lift methods. PPC Books, Tulsa, 1997.
 BEGGS H. D. Production, optimization using nodal analysis. OGCI and PetroSills Publications, Tulsa, Oklahoma (2003).
 ECONOMIDES M. J.; HILL A. D.; Ehlig-Economides C. Petroleum production systems. Prentice Hall Petroleum Engineering Series (1994).
 BROWN, K. E. The technology of artificial lift methods; electric submersible centrifugal pumps, hydraulic pumping, jet pumping, plunger lift, other Methods of artificial lift, planning for and comparison of artificial lift systems (Vol 2b).
  BROWN, K. E. The technology of artificial lift methods; introduction of artificial lift systems, beam pumping: design and analysis, gas lift (Vol 2a).
 TAKACS, G. Electrical submersible pumps manual: design, operations, and maintenance (Gulf Equipment Guides), 2009.
 TAKACS, G. Gas Lift Manual, PennWell Books, 2005.
 TAKACS, G. Sucker Rod Pumping Manual, PennWell Books, 2003.
 Notas de aula.
1 . CONCEITOS BÁSICOS
1.1 SISTEMAS DE PRODUÇÃO
O PETRÓLEO E A ECONOMIA MUNDIAL
 Crescimento da demanda mundial entre 2006 e 2030 – 45%
 Redução do petróleo e gás na matriz energética mundial e no Brasil.
 Produção mundial em 2008 de 85 milhões de bpd. Projeção para 2030 é de 31 milhões de bpd.
 Consumo no Brasil – 1,95 milhão (2008) para 3 milhões de bpd (2030).
 Brasil possui 29 bacias sedimentares com 7,175 milhões de km². Pequena parte está disponível para exploração e produção. (Dados ANP - http://www.anp.gov.br/exploracao-e-producao-de-oleo-e-gas).
O PETRÓLEO E A ECONOMIA MUNDIAL
ELEVAÇÃO ARTIFICIAL DE PETRÓLEO
UFRN/DPET/2020.5
Carla Wilza Souza de Paula Maitelli
Carla Wilza Souza de Paula Maitelli
1. CONCEITOS BÁSICOS
MUNDO - 2015
BRASIL - 2016
MATRIZ ENERGÉTICA
fonte: http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica
DESAFIOS
BAIXOS PREÇOS, PRODUÇÃO EM MAR, ENERGIAS ALTERNATIVAS
ELEVAÇÃO ARTIFICIAL DE PETRÓLEO
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Carla Wilza Souza de Paula Maitelli
1. CONCEITOS BÁSICOS
DESAFIOS
 
Caracterização do Reservatório e Engenharia
 Perfuração de Poços e Completação
 Engenharia Submarina
 Garantia de Escoamento e Elevação Artificial
 Unidades de Produção Flutuantes
 Logística para o Gás Associado
1. 
Definição de qualidade do reservatório carbonático a partir de dados sísmicos;
 Caracterizaçãointerna do reservatório, com foco nas principais heterogeneidades;
 Recuperação secundária: viabilidade técnica da injeção de água e/ou gás (realidade regional. Poços em terra no RN);
 Geomecânica das camadas adjacentes aos reservatórios.
2. 
Desvio de poços dentro da zona de sal;
 Fraturamento hidráulico em poços horizontais;
 Materiais de poço resistentes a elevados teores de CO2 (corrosão);
Aumento da taxa de penetração no reservatório;
 Poços de longo afastamento.
3, 
 Qualificação de risers flexíveis para LDA de 2200 m, considerando a presença de CO2 e altas pressões;
 Cenários para: torre de risers, riser híbrido auto sustentado (RHAS), riser de aço em configuração em catenária composta com flutuador (SLWR), entre outras tecnologias;
 Qualificação de linhas termicamente isoladas para LDA de 2.200 m;
 Linhas para injeção de gás com CO2 em altas pressões.
4.
 Prevenir formação de hidratos;
 Deposição de parafinas ao longo das linhas de produção;
Controle de incrustações;
 Administração da temperatura ao longo das linhas.
5. 
 Ancoragem em lâmina d’água de 2.200 m;
 Interação do riser com o sistema;
 Cenário para plataformas com acesso direto aos poços.
6.
Materiais mais adequados para lidar com altas concentrações de CO2.
Gasoduto com mais de 18’’ em lâmina d’água de 2.200 m.
Longa distância da costa (300 km).
Cenário para novas tecnologias offshore.
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DESAFIOS
300 km de distância offshore
Fonte: Transparências Petrobras - Desafios do Pré-Sal. Autor: eng. Mario Campos
O QUE AINDA TEMOS QUE APRENDER?
* Fonte: JPT, março, 2015. Instalação de BM utilizando controle pump off
** Fonte: JPT, janeiro, 2017. Instalação “solar-a-vapor” utilizada para recuperação avançada de petróleo.
Carla Wilza Souza de Paula Maitelli
ENERGIAS RENOVÁVEIS**
CONTROLE E AUTOMAÇÃO DE POÇOS*
DESAFIOS PARA A ELEVAÇÃO
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ELEVAÇÃO DOS FLUIDOS
FLUIDO IDEALIZADO,
INCERTEZAS
ESCOAMENTO MULTIFÁSICO
CARATERÍSTICAS DIFERENTES ESPACIALMENTE E COM VARIAÇÕES NO TEMPO
RESERVATÓRIO DE COMPOSIÇÃO HETEROGÊNEA
1 . CONCEITOS BÁSICOS
1.1 SISTEMAS DE PRODUÇÃO
PRODUÇÃO DE PETRÓLEO
SISTEMAS DE PRODUÇÃO
Fonte: Petrowiki (http://petrowiki.org/index.php?title=Production_system&printable=yes)
Carla Wilza Souza de Paula Maitelli
PRODUÇÃO DE PETRÓLEO 
 
Prospecção para a localização de áreas favoráveis à acumulação de petróleo e/ou gás em terra ou em mar; 
 Realização de estudos das características dos reservatórios comprovados, dos fluidos por ele produzidos e de seus mecanismos de produção; 
 Instalação de equipamentos para conduzir os fluidos até a superfície e posteriormente os fluidos produzidos serão medidos, tratados e separados para que possam ser colocados à venda. 
FASES
ELEVAÇÃO ARTIFICIAL DE PETRÓLEO
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DIVISÃO DO SISTEMA DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO
 O reservatório, que é o meio poroso de acúmulo, composto por uma ou mais unidades de escoamento geológico interconectados, com características únicas de armazenagem e escoamento; 
 O poço, estrutura artificial com a finalidade de fazer a interface entre o reservatório até as facilidades de superfície;
 As regiões próximas ao poço, na altura do reservatório;
 Os componentes de superfície instalados, tais como, a cabeça do poço, as linhas de escoamento da cabeça do poço até as facilidades de superfície. Separadores, bombas, compressores e outros equipamentos para tratamento e medição, tanques de armazenamento e dutos instalados até os pontos de venda.
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ESQUEMA DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO
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Figura do material de Sistemas de Produção do Prado
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Figura do material do Valdir
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OBJETIVOS DO SISTEMA DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO
“O conjunto formador do sistema de produção de petróleo e gás deve ter como objetivo fundamental a produção maximizada dos fluidos da maneira mais econômica e viável possível”
	
ATRAVÉS DA LINHA DE PRODUÇÃO
FLUXO NO POÇO
FLUXO DO FLUIDO NO MEIO POROSO
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Figura do livro do Economides
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FUNÇÕES ESSENCIAIS DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS
 Promover a condução para escoamento de fluidos do reservatório; 
 Separar os fluidos produzidos do reservatório uns dos outros;
 Minimizar os efeitos negativos dos subprodutos;
 Medir as quantidades de fluidos produzidos e controlar os processos de produção;
 Providenciar uma parte da energia requerida para transportar o fluido através do sistema.
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O processo de elevação e escoamento dos hidrocarbonetos é dividido em três (3) etapas: 
 O fluxo no meio poroso até o fundo do poço ou recuperação;
 O fluxo do fundo do poço até a superfície ou cabeça do poço denominado fluxo na coluna de produção ou ainda elevação;
 O fluxo da cabeça do poço passando pelos reguladores de fluxo até o separador, denominado coleta ou fluxo na linha de produção. 
Essas três etapas estão interligadas entre si e a vazão a ser obtida do poço é função do fluxo de fluido através do sistema como um todo. 
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1
Elevação Artificial
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Figura do material do Puime; Livro do Brown.
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A well in operation—pumping—using the “standard rig front” (circa 1865).
Source: Petrolia: A Brief History of the Pennsylvanian Petroleum Region from
1859 to 1869, by Andrew Cone and Walter R. Johns; New York: D. Appleton and
Co., 1870.
Fonte: JPT – outubro/2014
The first patented petroleum-well-related air-lift device, “Oil Ejector for Oil
Wells,” invented by Thomas B. Gunning (patent no. 45,153, issued 22 November
1864). Source: US Patent and Trademark Offce.
Fonte: JPT – outubro/2014
ESP installation #1. Phillips Petroleum lease, near Burns, Kansas, 1928. ESP
pioneer, Armais Arutunoff is third from right, shown with the original Reda Pump
Company employees. Courtesy of ESPpump.com.
Fonte: JPT – outubro/2014
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