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sÉRIE PETRÓLEO E GÁs Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre sÉRIE PETRÓLEO E GÁs Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI Robson Braga de Andrade Presidente DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA – DIRET Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor de Educação e Tecnologia SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional Robson Braga de Andrade Presidente SENAI – Departamento Nacional Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor Geral Gustavo Leal Sales Filho Diretor de Operações sÉRIE PETRÓLEO E GÁs Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre © 2014.SENAI – Departamento Nacional © 2014.SENAI – Departamento Regional do Rio de Janeiro Reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI. Esta publicação foi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI do Rio de Janeiro, com a coordenação do SENAI – Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância. SENAI – Departamento Nacional Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP SENAI – Departamento Regional do Rio de Janeiro Núcleo de Educação a Distância – NUCED Ficha catalográFica Catalogação-na-Publicação (CIP) – Brasil Biblioteca Artes Gráficas – SENAI-RJ SENAI/DN. Tecnologias do sistema produtivo onshore e offshore / SENAI/DN [e] SENAI/ RJ. – Brasília : SENAI/DN, 2014. 176 p. : il. ; 29,7 cm. – (Série Petróleo e Gás). ISBN 978-85-7519-700-4 1. Indústria petroquímica. 2. Petróleo. 3. Tecnologia. I. SENAI/RJ. II. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. III. Título. IV. Série. CDD: 665.5 S491t Sede Setor Bancário Norte • Quadra 1 • Bloco C • Edifício Roberto Simonsen • 70040-903 • Brasília – DF • Tel.: (0xx61) 3317-9001 Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Lista de ilustrações Figura 1 – Base terrestre da província petrolífera do Campo de Urucu ........................................................11 Figura 2 – Plataforma semissubmersível SS-47 operando no Campo de Marlim na Bacia de Campos ........................................................................................15 Figura 3 – Processo de liberação do gás de uma mistura líquida ....................................................................26 Figura 4 – Esquema de um poço operando por gás-lift .................................................................................... 33 Figura 5 – Unidade de bombeio mecânico com haste e seus componentes ..............................................34 Figura 6 – Equipamentos do Bombeio por Cavidades Progressivas (BCP) ...................................................35 Figura 7 – Chegada dos raisers em plataformas offshore .................................................................................. 46 Figura 8 – Vaso separador de três fases ....................................................................................................................48 Figura 9 – Vaso separador de três fases com suas câmaras de óleo, gás e água e suas respectivas válvulas de saída .....................................................................49 Figura 10 – Separador primário bifásico ...................................................................................................................52 Figura 11 – Tratador Eletrostático (TO) ......................................................................................................................55 Figura 12 – Gotícula de água sofrendo tratamento eletrostático ...................................................................56 Figura 13 – Gotícula de água com tratamento eletrostático .............................................................................57 Figura 14 – Diagrama de blocos de uma planta de processamento de gás ................................................63 Figura 15 – Diagrama simplificado de uma planta de processamento de gás ...........................................64 Figura 16 – Monitoramento e controle de operações .........................................................................................73 Figura 17 – Ambiente da sala de controle e operadores ....................................................................................74 Figura 18 – Sala de controle com operadores.........................................................................................................74 Figura 19 – Na sala de controle, a utilização constante da informática ........................................................76 Figura 20 – A interação de operadores e equipamentos da sala de controle ............................................77 Figura 21 – Acompanhamento e controle das unidades de processo ..........................................................79 Figura 22 – IHM (Interface Homem-Máquina) ........................................................................................................80 Figura 23 – Fluxo geral de processo – IHM ..............................................................................................................81 Figura 24 – Diagrama de blocos de um sistema de controle típico ...............................................................82 Figura 25 – Controle por realimentação e antecipativo ......................................................................................87 Figura 26 – Inspeção visual de instalações e equipamentos ............................................................................95 Figura 27 – Verificação das instalações e dos equipamentos ...........................................................................96 Figura 28 – Vigilância constante nas instalações e nos equipamentos .........................................................98 Figura 29 – Pontos críticos e situações de risco (ESDs) .......................................................................................99 Figura 30 – Monitoramento nos pontos críticos e nas situações de risco (ESDs) ................................... 100 Figura 31 – ESD-1 Parada de emergência em equipamento .......................................................................... 101 Figura 32 – Acionamento de ESDs ........................................................................................................................... 102 Figura 33 – ESD-1 Parâmetros de processos – Tempo morto ........................................................................ 108 Figura 34 – Exemplo de planta de processo ......................................................................................................... 109 Figura 35 – Representação de uma planta física ................................................................................................ 110 Figura 36 – Exemplo de PFD ...................................................................................................................................... 110 Figura 37 – Diagrama do tipo PFD ........................................................................................................................... 111 Figura 38 – Exemplo de um Diagrama P&ID ........................................................................................................ 113 Figura 39 – Comunicação entre as áreas ............................................................................................................... 114 Figura 40 – Comunicação adequada entre as áreas de operação ................................................................ 115 Figura 41 – Qualidade, Segurança, Meio Ambiente e Saúde ......................................................................... 123 Figura 42 – Vinte e oito de abril – Dia Mundial da Segurança e Saúdeno Trabalho, em memória às vítimas de acidentes e doenças do trabalho ...................... 123 Figura 43 – Acidentes ambientais, a fauna em perigo ...................................................................................... 124 Figura 44 – Acidentes ambientais e suas consequências ................................................................................ 125 Figura 45 – Navio petroleiro partiu ao meio causando impactos ambientais ......................................... 126 Figura 46 – Catástrofe em plataforma de petróleo ............................................................................................ 127 Figura 47 – Catástrofe em refinaria .......................................................................................................................... 127 Figura 48 – Com os resíduos, todo cuidado é pouco ........................................................................................ 129 Figura 49 – O que fazer com os resíduos ............................................................................................................... 129 Figura 50 – Formas diferentes de resíduos ........................................................................................................... 130 Figura 51 – Resíduos de plataformas de petróleo .............................................................................................. 131 Figura 52 – Reciclagem/Reutilização ...................................................................................................................... 131 Figura 53 – Cada tipo de lixo em um tipo de lixeira .......................................................................................... 132 Figura 54 – Reutilização não é reciclagem ............................................................................................................ 133 Figura 55 – Resíduos (lixo) de plataformas de petróleo ................................................................................... 134 Figura 56 – Resíduos para a atmosfera – Emissão de gases ........................................................................... 135 Figura 57 – Navio-plataforma FPSO Cidade de São Vicente em operação no Campo de Tupi – Bacia de Santos .................................................................... 137 Figura 58 – Caixas de mar, filtro e bomba de captação .................................................................................... 139 Figura 59 – Fluxo da desaeração da água do mar .............................................................................................. 143 Figura 60 – Sistema de injeção da água do mar ................................................................................................. 144 Figura 61 – Combinação de sistemas de resfriamento utilizando água doce e do mar e circuito fechado e aberto respectivamente ..................................... 146 Figura 62 – Sistema de água quente em circuito fechado e água doce .................................................... 148 Figura 63 – Sistema de fornecimento de óleo diesel ........................................................................................ 150 Figura 64 – Análise de risco presente nas etapas do empreendimento .................................................... 158 Figura 65 – Análise de riscos por camadas ........................................................................................................... 159 sumário 1. Introdução .......................................................................................................................................................................11 2. Produção ..........................................................................................................................................................................15 2.1 Máquinas, equipamentos, instrumentos e acessórios ...................................................................15 2.2 Sistema de produção .................................................................................................................................16 2.2.1 Completação ..............................................................................................................................16 2.2.2 Coluna de produção ................................................................................................................19 2.2.3 Árvore de Natal ..........................................................................................................................21 2.2.4 Umbilical ......................................................................................................................................22 2.2.5 Manifold ........................................................................................................................................23 2.2.6 Reservatórios ..............................................................................................................................23 2.2.7 Elevação .......................................................................................................................................32 2.2.8 Trocadores de calor ..................................................................................................................36 2.2.9 Turbinas ........................................................................................................................................39 3. Controle das variáveis .................................................................................................................................................73 3.1 Sala de controle ...........................................................................................................................................73 3.2 Variáveis e características dos produtos..............................................................................................82 3.2.1 Norma e legislações específicas ..........................................................................................88 3.3 Inspeção visual .............................................................................................................................................93 3.3.1 Pontos críticos e situações de risco ....................................................................................98 3.3.2 Parâmetros dos processos .................................................................................................. 103 3.3.3 Plantas e fluxogramas .......................................................................................................... 108 3.3.4 Comunicação entre as áreas .............................................................................................. 114 3.3.5 Segurança e preservação ambiental ............................................................................... 123 3.4 Resíduos ....................................................................................................................................................... 128 3.4.1 Segregação e destinação – descarte ou reciclagem ................................................. 129 3.4.2 Registro de perdas residuais .............................................................................................. 133 4. Controle dos sistemas de utilidades ................................................................................................................... 137 4.1 Introdução aos sistemas de utilidades em plataformas de petróleo 137 4.2 Controle das variáveis ............................................................................................................................. 156 4.3 Pontos críticos e situações de risco.................................................................................................... 157 Referências ........................................................................................................................................................................171 .................................... Introdução Ao longo do estudo deste livro veremos as dificuldades de se elevar o óleo do reservatório, de forma controlada e segura. E os recursos e as técnicas conhecidas para amenizar, contornar ou eliminar as dificuldades e conduzir de forma economicamente viável os fluidos do reserva- tório até a unidade de produção. O processo de separação e tratamento para deixar os fluidos produzidos de acordo com as leis e normas, nas condições de serem comercializados (óleo e gás), reaproveitados (água e gás), ou descartados (água). O controle das variáveis de processo para garantia das especificações necessárias para des- tinação final dos produtos. Cada detalhe nesse livro foi pensado para conduzir você pelo universo da cadeia de Petró- leo e Gás de uma forma simples e objetiva, mas ao mesmo tempo técnica e com bases sólidas. 1 Figura 1 – Base terrestre da província petrolífera do Campo de Urucu A nd ré M ot ta d e So uz a/ Ba nc o de Im ag en s Pe tr ob ra s 12 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre Tecnologias do Sistema Produtivo Onshore e Offshore COMPONENTES CURRICULARES CARGA HORáRIA Módulo Básico Módulo Específico Profissional (1ª Etapa) Módulo Específico Profissional (2ª Etapa) CARGA HORáRIA TOTAL: TéCNICO EM PETRóLEO E GáS: 1.200H Fundamentos Técnicos e Científicos de Petróleo e Gás Comunicação e Informática – 32h Fundamentos da Indústria de Petróleo e Gás – 60h QSMS – Qualidade, Saúde, Meio Ambiente e Segurança Aplicados a Petróleo e Gás – 24h Metrologia e Instrumentação Aplicadas a Petróleo e Gás – 80h Química Aplicada a Petróleo e Gás – 80h Física e Matemática Aplicadas a Petróleo e Gás – 80h Operação de Sistema Produtivo na Cadeia de Petróleo e Gás Exploração Onshore e Offshore – 160h Tecnologias do Sistema Produtivo Onshore e Offshore – 160h Processamento do Petróleo e Gás – 100h Logística e Manutenção da Cadeia de Petróleo e Gás – 64h Planejamento e Atividade na Cadeia de Petróleo e Gás Gestão de Pessoas – 40h Gestão da Produção – 80h Controle da Qualidade de Insumos, Produtos e Processos na Cadeia de Petróleo e Gás Ensaios Analíticos na Cadeia de Petróleo e Gás – 80h Avaliação de Desempenho de Insumos, Produtos e Processos – 60h Manutenção em Sistemas Produtivos na Cadeia de Petróleo e Gás Manutenção Industrial – 100h 356h 484h 360h Este livro irá ajudá-lo a compreender diversos aspectos que serão importantes no desempenho de suas funções como técnico de Petróleo e Gás, além de agregar di- versos outros conteúdos que contribuirão bastante na sua formação não só pro- fissional, mas pessoal. Acompanhe a matriz curricular do curso para facilitar seu entendimento sobre o percurso que terá que realizar. Tenha uma boa leitura, a viagem começa agora! 13 Anotações: 1 InTROduçãO Produção 2 2.1 MÁquInas, EquIPaMEnTOs, InsTRuMEnTOs E acEssÓRIOs A produção de um poço de petróleo requer muitos cuidados e precisa ser controlada mes- mo antes de se iniciar a produção em si. Antes do início da fase exploratória, temos que garan- tir que todas as providências sejam tomadas e que a produção se dará de forma controlada e se- gura. Ao iniciar a perfuração, por normas nacionais e internacionais, vamos operar com duas bar- reiras de segurança no poço, vão variar em função da operação que está sendo executada, du- rante a perfuração, usaremos BOP e fluido de perfuração. No abandono temporário, usaremos tampões de cimento e fluido de perfuração. Na completação, BOP e fluido de completação e, na fase explotatória, DHSV e Árvore de Natal1. G er al do F al cã o/ Ba nc o de Im ag en s Pe tr ob ra s Figura 2 – Plataforma semissubmersível SS-47 operando no Campo de Marlim na Bacia de Campos 16 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre O objetivo ao se preparar um poço para produção é, Produzir de forma controlada e segura, a perda do controle pode levar a prejuízos de proporções catastróficas, como acidentes ambientais, materiais e o pior de todos a perda de vidas humanas. A vida de todo pessoal envolvido na operação depende da responsabilidade com que todos vão se comportar no dia a dia. Siga sempre, rigorosamente, todos os procedimentos e normas de segurança. Fique alerta Precisamos além de todas as máquinas e equipamentos necessários para pro- dução dos hidrocarbonetos, monitorar e controlar. Para isso existe uma grande quantidade de instrumentos e acessórios, que medirão pressão, temperatura, va- zão, propriedades físicas e químicas, controle de resíduos etc. No decorrer desse livro vamos descrever os processos, as máquinas, equipamen- tos, instrumentos e acessórios, que serão apresentados e descritos detalhadamente. 2.2 sIsTEMa dE PROduçãO 2.2.1 cOMPLETaçãO Completação é a ação de completar o que está faltando, complementar ou rea- lizar o acabamento final necessário para colocar o poço em produção. São as ope- rações realizadas nos poços de petróleo, após o término dos trabalhos de perfu- ração, verificação da viabilidade da exploração e antes dos trabalhos de produção. Ao término da operação de perfuração, o poço é abandonado temporariamen- te, isto é, ele é preparado para não permitir vazamento de hidrocarbonetos e per- mitir a retomada das operações por outra sonda, que na sequência normal será a de completação. No abandono o BOP será retirado e, lembrando que sempre te- remos duas barreiras de segurança, serão instalados tampões de cimento dentro da coluna de produção, que junto com o fluido de perfuração manterão o poço amortecido na perfuração. Caso a completação seja realizada pela mesma sonda, a operação abandono temporário não será realizada. Ao chegar na locação, a sonda de completação vai instalar o BOP, perfurar os tampões de cimento, limpar o poço e fazer a troca do fluido de perfuração pelo fluido de completação, deixando o poço em condições seguras de operar. Estando o poço em condições seguras de operar, antes de iniciar a completa- ção é realizada a perfilagem a poço revestido, que consiste em descer no poço uma ferramenta com sensores que permitirão uma análise da cimentação para 1 ÁRVORE DE NATAL Consiste em um conjunto de válvulas para controlar o fluxo de fluidos, interromper o fluxo, permitir acesso ao poço, fazendo a interligação da coluna de completação com a tubulação por onde os hidrocarbonetos são levados para as plataformas. 2 produção 17 verificar se a mesma não tem falhas que possam comprometer a segurança do poço. Estando tudo dentro dos padrões, inicia-se a montagem da coluna de pro- dução, havendo alguma irregularidade, esta será corrigida antes de iniciar a ope- ração de montagem da coluna de produção. A completação consiste na operação para montar a coluna de produção/injeção do poço, onde subirão os hidrocarbonetos ou serão injetados fluidos, com todos os equipamentos e acessórios para garantir uma produção/injeção de forma controlada e segura. O projeto da coluna de produção é muito importante em todos os aspectos, pois a coluna vai influenciar toda a vida produtiva do poço. Um erro pode elevar os cus- tos de produção. Simuladores de produção vão prever todos os possíveis problemas de produção que poderão ocorrer ao longo da vida produtiva. Essa simulação vai considerar características dos hidrocarbonetos, do reservatório etc. A partir dessa si- mulação, os equipamentos e acessórios, tipo de elevação artificial, futuras interven- ções (workover), tipo de Árvore de Natal, serão especificados para agilizar a interven- ção e, quando ocorrer, deve causar o menor impacto possível na produção. Formas de completação Basicamente, existem dois tipos de poços de petróleo, localizado em terra (onshore) ou localizado no mar (offshore). A forma de completação de poços de pe- tróleo não é a mesma, cada poço tem um projeto e varia conforme sua localiza- ção, tipo de revestimento da coluna de produção, número de zonas envolvidas na exploraçãoetc. Assim podemos ter os seguintes casos: Completação terrestre, convencional ou seca É a completação realizada em cabeças de poços de petróleo terrestres, utilizan- do Árvores de Natal Convencional (ANC). A completação terrestre é muito mais simples e muito mais barata, em relação à completação marítima, pelas facilidades de instalação, pelos materiais emprega- dos, visto que o ambiente marinho é muito mais agressivo, exigindo materiais di- ferenciados e com novas tecnologias para resistirem. A operação da Árvore de Na- tal também é extremamente mais simples, pois operadores e equipe de manuten- ção têm acesso direto ao equipamento, diferente da completação molhada em que são utilizados mergulhadores ou robôs de controle remoto para as ações ne- cessárias, tornando as operações complexas e de custo elevado. 18 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre Completação marítima seca ou molhada É a completação realizada em cabeças de poços de petróleo marítimos, poden- do ser seca ou molhada, a diferença que na completação seca a Árvore de Natal é instalada na plataforma, e na completação molhada a Árvore de Natal é instalada no fundo do mar, tornando as operações e manutenções extremamente complexas. 2 CANhONEIO Operação que consiste na descida de uma ferramenta com projéteis que serão acionados perfurando o tubo de revestimento, a camada de cimentação penetrando no reservatório, abrindo passagem do reservatório para a coluna de produção. Vamos pensar? Porque então não utilizar somente completação seca em poços marítimos? É muito lógico nos fazermos esta pergunta, e a explicação é que a completação seca só vale a pena financeiramente em pequenas profundidades, em águas mais profundas, o custo da completação seca fica muito caro, pois teríamos que levar a coluna de produção até a plataforma, economicamente inviável . In -F ól io /P au la M ou ra Completação de poço aberto A poço aberto é quando a zona de interesse do reservatório não terá revesti- mento e cimentação, tornando a completação barata. Mas só pode ser utilizado se houver uma formação rochosa muito consolidada para não ocorrer desabamen- to. Proporciona uma área de fluxo maior. Completação de poço com liner rasgado É a completação realizada como na completação de poço aberto. Logo depois do poço ser avaliado, é descida uma coluna de tubos rasgados ou lisos, inclusive na zona de reservatório, que serão posteriormente canhoneados, denominados liner, têm a vantagem de estruturar o poço, porém de custo mais elevado do que na completação a poço aberto. Completação de poço com revestimento Consiste na colocação do tubo de revestimento, seguido de cimentação da zo- na de interesse e posterior canhoneio2 para abertura da passagem de fluxo. Maior custo, porém permite seletividade de diferentes áreas de produção. Completação simples É quando somente uma coluna será instalada; consequentemente, apenas uma zona de interesse será produzida. 2 produção 19 Completação dupla ou seletiva É quando uma coluna possui duas aberturas ou duas colunas são instaladas no mesmo poço com objetivo de produzir duas zonas de interesse diferentes ao mes- mo tempo. 2.2.2 cOLuna dE PROduçãO Coluna de produção ou production string é a coluna de tubos criada para pos- sibilitar a transferência de petróleo desde o reservatório até a plataforma de produção. A coluna de produção vai desde o reservatório até a Árvore de Natal, que realiza o acoplamento com a tubulação desde a Árvore de Natal até a pla- taforma de produção. A coluna de produção além dos tubos, é composta por vários equipamentos com funções distintas e específicas, porém cada poço terá um projeto diferente em função das suas características. Montagem da coluna de produção A primeira etapa a ser realizada na chegada da sonda à locação é preparar o poço para operar de forma segura. O BOP será reinstalado, os tampões de cimen- to serão retirados por uma broca e atrás da broca um raspador para limpar o re- vestimento, e posteriormente trocar o fluido encontrado no poço por um fluido de completação que terá as propriedades e características do fluido de perfura- ção. Terminada esta fase de condicionamento, a coluna será testada quanto à estanqueidade, sofrendo os reparos, se necessário. Em seguida é feita a perfilagem com perfis acústicos para avaliar a cimentação, verificando principalmente se houve aderência do cimento à parede do revestimen- to e poço, garantindo assim o isolamento entre as formações, impedindo o fluxo de fluidos. Caso tenha anormalidade na cimentação, a mesma precisa ser solucionada antes de se iniciar a completação. A falha na cimentação acarreta produção de flui- dos não desejáveis, falha no controle do reservatório e no processo de estimulação, dependendo da gravidade da falha que pode levar ao fechamento do poço. A perfilagem que verifica a qualidade da cimentação é de fundamental importância na continuidade da operação de completação. Para entender melhor, assista ao vídeo da plataforma de Enchova na Bacia de Campos que explodiu e incendiou devido a falha de cimentação http://youtube.com/watch?v=ebJYFaDWqSY saiba mais 20 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre A operação de canhoneio visa colocar o poço em contato com a formação pro- dutora. Uma ferramenta descerá com cargas explosivas que irão rasgar o revesti- mento, o cimento, e penetrar na formação abrindo caminhos de fluxo do reserva- tório para o poço. A coluna de produção será descida dentro do poço e terá a função de condu- zir os fluidos do reservatório no poço até a Árvore de Natal, onde linhas de tubos continuarão conduzindo os fluidos até a unidade de produção. É um conjunto de tubos interligados entre si e os demais componentes da coluna de produção. A co- luna de produção deve permitir o acesso ao poço e às zonas isoladas. Para se colocar um poço em produção, reduz-se o peso do fluido de completa- ção diminuindo a pressão hidrostática, com isso a pressão do reservatório será maior e o fluido se deslocará para a Árvore de Natal. O fluido de completação se- rá o primeiro a chegar na plataforma, e se o reservatório tiver pressão suficiente o poço então passará a produzir por surgência, ou seja, a produção ocorre pela pres- são original do reservatório. Na maioria dos reservatórios a produção por surgên- cia acontece em um período, no início da vida produtiva, portanto a coluna de pro- dução já deve prever que método de elevação artificial deverá ser instalado mes- mo que não seja utilizado no início da produção. PRINCIPAIS COMPONENTES DA COLUNA DE PRODUÇÃO Tubos de produção A tubulação de produção consiste em uma tubulação de aço com elemen- tos de ligas especiais para resistir ao ambiente agressivo em que será instalado, bem como a pressões e esforços a que será submetida. Essa tubulação será a res- ponsável por conduzir os hidrocarbonetos. Shear-out É um equipamento utilizado para pressurizar a coluna de produção, com- posto de três sedes com parafusos cisalhantes instalado na parte inferior da colu- na. A sede inferior desce na coluna tamponada e após sua utilização a coluna é pressurizada ao ponto de romper os parafusos cisalhantes e a sede cairá no fundo do poço. Se for necessário pressurizar de novo a coluna, outra esfera de diâmetro maior será lançada e fechará a segunda sede, que poderá ter os parafusos cisalhan- tes rompidos e uma e última sede poderá ser utilizada. Hydro-trip Equipamento utilizado para tamponamento temporário da coluna, sua se- de não é lançada no fundo do poço, pois possui uma reentrância onde a sede se encaixa, tendo como desvantagem um estrangulamento do diâmetro da coluna. 2 produção 21 Nipples Peça utilizada na coluna de produção para instalar tampões mecânicos, vál- vulas de retenção e registradores de pressão. Sliding sleeve (camisa deslizante) Equipamento instalado na coluna de produção para colocar em produção ou isolar uma zona do poço, utilizadoem completações seletivas. Consiste em ras- gos em um tubo que serão abertos ou fechados e sua área de fluxo é igual à área da seção transversal da coluna. Check valve É uma válvula de retenção que permite o fluxo de baixo para cima e impe- de o fluxo no sentido contrário. Packer de produção Equipamento que promove a vedação entre o revestimento e a coluna de produção, protegendo o revestimento, permitindo a produção seletiva e a injeção de gás lift. Unidade selante Equipamento que promove a vedação da área polida do packer. TSR (junta telescópica) O TSR (Tubing Seal Receptacle) é o equipamento utilizado para absorver a movimentação da coluna de produção. Mandril de gás lift É o equipamento que aloja a válvula de gás lift, responsável pela injeção de gás na coluna como método de elevação. DHSV (Down Hole Safety Valve) Válvula de segurança de subsuperfície, fica posicionada poucos metros abai- xo do fundo do mar e fecha o poço em caso de emergência. Por questões de segu- rança a DHSV fica constantemente aberta pela pressão da linha de controle. Caso ocorra um problema no sistema de pressurização, uma mola vai fechar a válvula. 2.2.3 ÁRvORE dE naTaL Árvores de Natal terrestres, submarinas ou marítimas são conjuntos de válvu- las e conectores, instalados nas cabeças dos poços de petróleo e que são usados para direcionar e controlar a vazão dos fluidos de produção e dos fluidos de inje- ção nos poços de petróleo. 22 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre Tipos de árvores de Natal Existem diversos tipos de Árvores de Natal. Quando instaladas em terra, Árvo- res de Natal Convencionais (ANC) ou Secas. Quando instaladas em poços subma- rinos e portanto localizadas no fundo da mar, elas são as Árvores de Natal Molha- das (ANM). Considerando as características do meio onde são instaladas, as Árvores de Na- tal Molhadas envolvem muito maior complexidade e tecnologia que as Árvores de Natal Convencionais. As Árvores de Natal molhadas podem ainda ser classificadas como do tipo diver assisted ou diverless. Quando a instalação delas é acompanhada por mergu- lhadores, elas são do tipo diver assisted ou assistida por serviços de mergulho. Quan- do não há possibilidade do acompanhamento dos serviços de mergulhadores, elas são do tipo diverless ou não assistida por serviços de mergulhadores. Os serviços realizados pelos mergulhadores, quando é possível, são de conectar os dutos submarinos às Árvores de Natal. Quando a profundidade é superior a 300 pés ou 91 metros, é necessário utilizar a técnica do mergulho saturado que aumenta o risco de vida do mergulhador e os serviços passam então a ser realizados por robôs submarinos ou Remote Operated Vehicle (ROVs), veículos operados remotamente. 2.2.4 uMbILIcaL Umbilicais são cabos submarinos, linhas através das quais ocorre a comunica- ção entre equipamentos nas plataformas de petróleo na superfície e os equipa- mentos como Árvores de Natal ou manifolds no fundo do mar. Lembrando da funcionalidade dos cordões umbilicais para as crianças no ven- tre materno, umbilicais são mangueiras ou cabos submarinos, através das quais é feita a transmissão dos sinais de monitoração dos sistemas submarinos para a pla- taforma de petróleo e os sinais de controle (comandos) entre a plataforma de su- perfície e os sistemas submarinos. Os sinais que trafegam nos umbilicais são sinais de controle hidráulico, contro- le elétrico, potência, injeção de fluidos, produtos químicos, entre outros, essenciais para controlar os sistemas submarinos no fundo do mar. Nos dias de hoje, encontramos umbilicais e linhas de produção integrados, com tubos de aço funcionando como linhas de exportação da produção e injeção de fluidos, além de transmissão de energia elétrica, comandos hidráulicos e elétricos, tudo em uma única linha. 2 produção 23 2.2.5 Manifold Manifolds são arranjos matriciais, contendo tubulações e válvulas de alinha- mento (agrupamento), como equipamentos de passagem e manobra, seja na pro- dução de petróleo ou na injeção de água no poço de petróleo. É nos manifolds que o petróleo vindo dos vários poços de petróleo é agrupado para os coletores de petróleo ou headers para então seguir como um petróleo só, de acordo com o que é determinado no alinhamento de suas válvulas. Localização dos manifolds Os manifolds podem estar na superfície na própria plataforma de petróleo ou submarinos, instalados no fundo do mar. É nos manifolds que chegam as linhas de produção, que servem para o escoa- mento de petróleo e o umbilical, que serve para os demais sinais monitoração e con- trole, proveniente de cada poço de petróleo e portanto de cada Árvore de Natal. Caso o manifold seja de superfície, essas linhas de produção devem chegar até a superfície da plataforma para ser conectada ao manifold. Portanto, quan- to maior o número de poços a serem ligados por uma plataforma, em se tratan- do de manifolds de superfície, maior será o número de linhas de produção e maior será a sobrecarrega sobre o sistema de produção da superfície. Uma das formas encontradas para simplificar, foi diminuir o número linhas de produção que chegam dos poços de petróleo na plataforma de petróleo. O manifold e o manifold submarino foram colocados no fundo do mar e também os coletores de petróleo. As linhas dos poços de petróleo chegam ao manifold submarino e vão para os coletores de onde sai um conjunto de linhas bem menor para a pla- taforma na superfície. O sistema manifolds e coletores submarinos exige maior complexidade e maior tecnologia envolvida. Um exemplo disso são suas válvulas de alinhamento que são monitoradas e comandadas remotamente da plataforma de petróleo. 2.2.6 REsERvaTÓRIOs O objetivo básico da engenharia de reservatórios é controlar as operações pa- ra obter a máxima recuperação econômica possível, baseado em fatos, informa- ções e conhecimento, ou seja, fazer com que o óleo se desloque da rocha-reserva- tório para a coluna de produção, estudando as propriedades das rochas (porosi- dade, permeabilidade etc.), dos fluidos (viscosidade, densidade etc.) e as condi- ções do reservatório (pressão, temperatura etc.). 24 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre Podemos separar os reservatórios em reservatórios de óleo ou de gás, a classi- ficação é de acordo com o tipo de fluido produzido na superfície, nas condições padrão, que são temperatura e pressão a que a mistura estará sujeita nos equipa- mentos de superfície. �As condições padrão nos EUA são 14,7 psia e 60º F �No Brasil a ANP define como condições básicas 1 atm e 20º C Reservatório de óleo Reservatório de óleo são formações de misturas líquidas e reservatório de gás formações de misturas gasosas, embora possam produzir uma certa quantidade de líquido. Reservatórios de gás podem ser classificados como de gás seco, gás úmido e gás retrógrado. Esta classificação depende do comportamento do fluido no reservatório e do tipo de fluido resultante nos equipamentos de superfície. Reservatório de gás úmido e de gás seco Se a mistura ao ser submetida ao processo de separação produzir uma certa quantidade de líquido, o reservatório será de gás úmido. Se a quantidade de líqui- do for desprezível, a jazida receberá o nome de reservatório de gás seco. Reservatório de gás retrógado Com a produção do fluido do reservatório a pressão vai caindo, mas a tempe- ratura permanece constante. A mistura permanece no estado gasoso até que a pressão atinge um valor em que começa a ocorrer um processo de condensação. À medida que a pressão continua a cair, a quantidade de líquido aumenta e de- pois o líquido volta a vaporizar. Esse reservatório é dito reservatório de gás con- densado retrógrado ou reservatório de gás condensado. Produção do reservatório de óleo O objetivo de um poço de petróleo é produzir hidrocarbonetos, ou seja, óleo e/ou gás, nunca esquecendo: “de forma controlada e segura”. Além do óleo e do gás, o poço vai produzir água, que é pouca no inícioda vida produtiva do poço e vai com o tempo chegando a valores de até 95% do fluido produzido, paralela- mente a produção de óleo vai diminuindo até o ponto em que não mais vai inte- In -F ól io /P au la M ou ra 2 produção 25 ressar financeiramente continuar produzindo. Nesse ponto o poço será abando- nado definitivamente. Concluindo, o poço vai produzir óleo, gás ao longo da sua vida produtiva. O óleo produzido está normalmente no estado líquido no reserva- tório, mas a partir da porção do gás possível de se obter líquido na superfície, é chamado de líquido do gás natural (LGN). Produção do reservatório de gás A produção de gás é oriunda de uma parte do hidrocarboneto que se encontra no estado gasoso nas condições de reservatório, conhecido como gás livre e outra parte que está no líquido misturado ao óleo conhecido como gás dissolvido. Produção de água Como a viscosidade da água é menor do que a do óleo, ela fluirá muito mais fá- cil por entre os poros da rocha do que o óleo e consequentemente chegar à colu- na de produção com mais facilidade, seja esta água do reservatório, em aquíferos adjacentes ao reservatório ou água injetada como método de recuperação3. VOCÊ sabia? A produção de água em um poço, perto do fim de sua vida produtiva pode chegar a 95% do fluido que chega à plataforma. Indicadores de produção São indicadores que fornecem uma ideia de como está a produção do meu po- ço, são eles: RAO (razão água/óleo) razão entre vazão de água e vazão de óleo pro- duzido; RGO (razão gás/óleo) razão entre as vazões de gás e do óleo produzido; BSW (Basic Sediments and Water) razão entre a vazão de água mais sedimentos pro- duzidos pela vazão de líquidos e sedimentos. Informações associadas a outras co- mo: produção, temperatura, pressão, vazão, composição dos hidrocarbonetos, for- marão o histórico de produção que ajudará a nortear as decisões sobre a melhor maneira de se obter o melhor aproveitamento de produção. Fator volume de formação do óleo Como se sabe, a mistura líquida nas condições de reservatório é na verdade óleo com uma certa quantidade de gás dissolvido. Estudando-se uma certa quantidade de hidrocarbonetos nas condições de re- servatório na superfície, uma parte continuará líquida sendo chamada de óleo e uma parte será o gás natural. Precisamos no exemplo apresentado na Figura 3 a seguir de 1,30m3 de líquido nas condições de reservatório, para obter 1,00m3 de óleo nas condições de superfície. 26 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre 3 MÉTODO DE RECUPERAçãO É o método que injeta fluido no reservatório para manter a pressão do mesmo e com isso melhorar a quantidade de óleo que será retirada do reservatório. Valor volume de formação de gás É a razão entre o volume do gás no reservatório e o volume que o gás ocupa na superfície na condição padrão. Solubilidade É a razão do volume de gás produzido pelo volume de óleo produzido na con- dição padrão. Mecanismos de produção Para a produção de hidrocarbonetos, ou seja, os hidrocarbonetos precisam se deslocar de dentro do reservatório para o poço (engenharia de reservatório) e de- pois se deslocar do poço até a unidade de produção (engenharia de elevação), precisando de energia para vencer os obstáculos. O nosso assunto é reservatório, então vamos tratar do fluxo de fluidos do reservatório para a coluna de produção do poço. Para que esse deslocamento ocorra, o fluido do reservatório precisa de energia para vencer as barreiras, do espaço entre os poros, obstruções, poros etc. A energia utilizada será a pressão. Todo reservatório possui uma pressão inicial (energia natural ou primária), função de seu histórico de formação geológica. Ao colocar o poço em produção, esta energia natural provocará, por diferença de pres- são (alta pressão no reservatório e baixa pressão no fundo do poço), o deslocamen- to do fluido do reservatório em direção ao poço. O óleo ao começar a se deslocar para a coluna deixará um vazio em torno do poço, que será preenchido pelo óleo que está mais afastado e este processo se estenderá até os limites de produção desse poço. Como o óleo tem dificuldade de se deslocar, teremos um “vazio” que Figura 3 – Processo de liberação do gás de uma mistura líquida p1 = 246 atm T = 71ºC pn = 176 atm T = 71ºC p1 = 84 atm T = 71ºC p = 1atm T = 71ºC p = 1 atm T = 20ºC Líquido 1,30m3 Líquido 1,33m3 Líquido 1,20m3 Gás 0,850m3 Líquido 1,04m3 Gás 19,144m3 Óleo 1,00m3 std Gás 16,057 m3 std In -F ól io /P au la M ou ra 2 produção 27 precisa ser preenchido, caso contrário a pressão do reservatório vai diminuir, pre- judicando esse deslocamento dos fluidos dentro do reservatório. Os mecanismos de produção preencheem esses espaços, mantendo a pressão do reservatório e garantido a produção. Os principais mecanismos são: Mecanismo de gás em solução. Mecanismo de capa de gás. Mecanismo de influxo de água. Mecanismo de gás em solução Este mecanismo se caracteriza pela evaporação do gás dissolvido no óleo que estava no estado líquido e das frações mais leves do óleo, nas condições iniciais, formando bolhas de gás em meio ao óleo que está no estado líquido, esta evapo- ração se dá por conta da queda de pressão. Com a mudança de estado físico, o gás em volume muito maior, provoca uma expansão do óleo que irá preencher os es- paços mantendo a pressão. O problema desse mecanismo é que à medida que a pressão cai, mais frações vão se vaporizar, aumentando a produção de gás, aumentando a RGO e como ener- gia do reservatório é proveniente da fase gasosa, como ela está sendo produzida, significa que a energia do reservatório está sendo retirada. Com esse mecanismo, ocorre uma queda contínua de pressão, baixo fator de recuperação, necessitando de elevação artificial muito rápida, e pouca produção de água. Mecanismo de capa de gás Este método se aplica quando existe uma capa de gás acima do óleo no mes- mo reservatório. Quando diminui a pressão, provocada pela saída do óleo, o gás presente na capa em que está comprimido se expande e empurra o óleo em dire- ção da produção, mantendo a pressão do reservatório elevada por muito mais tem- po. Haverá uma queda de pressão contínua, mais demorada do que no gás em so- lução e quanto maior a capa, maior e mais efetivo será o efeito desse método. Neste método teremos uma produção de gás, principalmente pela formação de um cone de gás, levando a uma alta da RGO, uma recuperação muito melhor que o gás em solução, poços por mais tempo e pouca produção de água. In -F ól io /P au la M ou ra 28 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre Influxo de água Este método se aplica quando temos um reservatório de água adjacente mui- to grande a baixa pressão em volta da coluna de produção e que vai provocar o deslocamento da água empurrando o óleo em direção ao poço. É fundamental que o aquífero seja de grandes proporções para que esse efeito funcione. Este método dará um fator melhor de recuperação e uma de pressão mais len- ta do que os métodos anteriores e consequentemente poços surgentes por mais tempo. Formação de cone de água, aumenta a RAO, necessitando de parar a cor- reção. A completação deve ser feita na parte superior do reservatório de óleo pa- ra evitar uma chegada prematura da água na coluna de produção. Mecanismos combinados Normalmente a produção se dará por mais de um mecanismo de produção ao mesmo tempo e será influenciada por efeitos de todos os métodos utilizados. Segregação gravitacional A segregação gravitacional é como os fluidos se arranjam nos poros das rochas pela densidade. O gás sempre fica acima da camada de óleo e a água sempre abai- xo da camada de óleo. A segregação gravitacional ajudará na eficiência dos outros métodos, ajudando a manter o gás acima do óleo mesmo que ele esteja se deslo- cando para baixo no método de capa de gás, ou mantendo a água abaixo do óleo mesmo que ela se desloque para cima no método de influxo de água.Tem alto po- der de recuperação. Estimativa de reservas Estimativa de reservas é a atividade que visa determinar a quantidade do flui- do que será retirado do reservatório. É uma ciência extremamente imprecisa, fun- damental para a implantação do projeto. O volume de óleo estimado é recalcula- do/corrigido à medida que novas informações e situações se apresentem. Serve de indicador da capacidade petrolífera de um país. Cada empresa pode calcular as suas reservas por critérios próprios. A estimativa de hoje é de fundamental impor- tância, pois é nelas que investidores decidem onde aplicar seu dinheiro, e devido ao grande investimento inicial para se colocarem poços em produção, concluímos que as reservas de um país são estrategicamente fundamentais para o desenvol- vimento de novas jazidas. As empresas estão padronizando os métodos de cálculo para que suas reser- vas possam ser certificadas por organismos internacionais e comparadas entre os demais países. O método mais utilizado é o do código internacional da SPE (Society of Petroleum Engineers). 2 produção 29 Volume estimado original Quantidade estimada de hidrocarbonetos no reservatório. Volume estimado recuperável Quantidade estimada de hidrocarbonetos que se pode retirar do reservatório. Fator de recuperação estimado É o valor em percentual do volume que se espera produzir. É a razão entre o vo- lume estimado recuperável e o volume estimado original. Produção acumulada Somatório da quantidade total de hidrocarbonetos produzido. Fração recuperada É o fator de recuperação real, ou seja, a razão entre a produção acumulada e o volume original. Reserva estimada É a quantidade de hidrocarbonetos que restam a produzir ou volume original menos a produção acumulada. Vale ressaltar que esses valores podem sofrer alte- ração em função do comportamento de produção e serão recalculados. A produção com o tempo necessita de investimentos para manter um volume de produção que justifique manter a operação da unidade de produção. À medida que o poço vai produzindo, a quantidade de fluido que chega à pla- taforma tem menos hidrocarbonetos e mais água, fazendo a curva de produção cair enquanto a curva de investimento vai subindo. Quando essas curvas se toca- rem, abandonamos o poço, porque o custo de operação será maior que o ganho com a produção dos hidrocarbonetos. Métodos de recuperação O objetivo ao colocarmos o reservatório em produção é retirar o máximo pos- sível de hidrocarbonetos, porém a dificuldade do óleo se deslocar por entre os po- ros da rocha é muito complexa e cheia dificuldades. Os métodos de recuperação se dividem em recuperação primária, secundária, terciária etc. A recuperação primária acontece pela energia natural dos reservatórios. A recu- peração primária não é suficiente para produzir o máximo de óleo, então serão uti- lizados métodos adicionais dependendo das características óleo e do reservatório. 30 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre A recuperação secundária, contempla os métodos de injeção de água e gás e as demais, recuperação terciária. Atualmente os métodos de recuperação, são cha- mados, para processos em que se tem o pleno domínio da tecnologia, de méto- dos convencionais de recuperação, injeção de água e gás e métodos não conven- cionais (especiais) de recuperação, para métodos mais complexos. Os métodos de recuperação devem ser iniciados junto do início da vida produ- tiva do poço, mesmo que o poço possua energia suficiente para produzir, pois isso trará uma melhor taxa de retirada dos hidrocarbonetos. MéTODOS CONVENCIONAIS DE RECUPERAÇÃO Ao se injetar um fluido no reservatório, o que se espera é que ele provoque um efeito como se estivesse fazendo um “varrido” no reservatório, ou seja, que o flui- do injetado empurre o óleo em direção a coluna de produção, no entanto a indús- tria do petróleo é a indústria da incerteza e do problema, então parte do fluido in- jetado seja água ou gás, pela maior facilidade de se deslocar no reservatório, ul- trapassa-o chegando a coluna de produção. A água ou o gás não podem reagir ou provocar alterações no reservatório, re- agir com elementos presentes na constituição podendo formar substâncias pas- tosas, o que iria causar fechamento dos poros prejudicando mais ainda o desloca- mento dos fluidos. Caso seja necessário, devem passar por um processamento pa- ra torná-los adequados para injeção. Outro fator importante na injeção é o pro- jeto de injeção, que consiste na localização e na forma como os poços de produ- ção e injeção estarão distribuídos no campo, o volume de fluido injetado e a me- nor quantidade de poços instalados possíveis. Eficiência de recuperação – Er (Eficiência de deslocamento) A eficiência de recuperação não é avaliada pela quantidade de fluido injetado no reservatório, nem pela quantidade de fluido produzido. É medido pela quanti- dade de óleo deslocado, porque parte do fluido produzido pode ser o fluido que está sendo injetado. A eficiência de recuperação pode ser expressa por: Em que: Ea – Eficiência de varrido areal ou horizontal Evv – Eficiência de varrido vertical Ec – Eficiência de contato Ed – Eficiência de deslocamento Em – Eficiência de mobilização Er = Ea . Evv . Ec . Ed 2 produção 31 Você pode obter mais informações no livro: Fundamentos de Engenharia de Petróleo. saiba mais MéTODOS ESPECIAIS DE RECUPERAÇÃO São métodos utilizados em que os métodos convencionais não foram eficien- tes ou por características do reservatório e dos fluidos não teria um resultado sa- tisfatório. Veremos a seguir alguns dos métodos especiais de recuperação. Métodos térmicos Os métodos térmicos basicamente têm a função de aquecer o óleo para dimi- nuir a viscosidade, fazendo com que óleo se desloque melhor. O calor pode ser ge- rado na superfície e levado ao reservatório na forma de água líquida ou vapor, ou gerado dentro do reservatório. Métodos miscíveis São utilizados com fluidos miscíveis ou seja, fluidos que se misturem com o óleo, dessa maneira a mistura vai quebrar a ligação das tensões interfaciais em torno dos grãos, que impedem o óleo de ser deslocado pelo fluido injetado. Métodos químicos São utilizados fluidos, que irão reagir para provocar alterações no reservatório de óleo e então fazer a varredura do reservatório, muitos poderiam ser classifica- dos também como métodos miscíveis. Um dos métodos mais modernos para recuperação e que tem apresentado os melhores resultados, podendo atuar sozinho ou associado a outros métodos, é a injeção de polímeros, que misturados à água, aumentam a viscosidade para pró- ximo da viscosidade do óleo, que injetado torna a operação de varredura muito mais eficiente. É preciso que todas as eficiências sejam altas para o melhor efeito de recuperação. Se tivermos uma baixa eficiência de varrido, significa que o fluido injetado encontrou caminhos preferen- ciais para chegar à coluna de produção sem promover um bom deslocamento do óleo. 32 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre 2.2.7 ELEvaçãO Elevação natural e artificial Inicialmente, um reservatório de petróleo possui pressão interna suficiente pa- ra jorrar na superfície, com o petróleo passando pelas colunas de produção, pelas Árvores de Natal e pelas colunas de produção externa, até chegar às plataformas de produção. Acontece a elevação natural do petróleo até a superfície e o poço de petróleo é dito surgente. Com a queda de pressão interna do reservatório, a pressão não consegue fazer a elevação do petróleo até a superfície. Ocorre então a necessidade da elevação artificial do petróleo, utilizando métodos artificiais para deslocar o petróleo, e en- tão é dito que o petróleo é não surgente. Os métodos de elevação artificial A elevação artificial é que trata da elevação de poços do petróleo do reserva- tório. É o método utilizado em poços de petróleo não surgentes, quando o nível de petróleo no poço encontra-se estático. Os métodos de elevação artificial utilizamequipamentos específicos, empre- gados quando o nível de petróleo no poço encontra-se estático. Eles diminuem a pressão nas linhas de produção, aumentam o diferencial de pressão entre o reser- vatório e a superfície, resultando em aumento da vazão de escoamento, Os métodos de elevação podem ser pneumáticos ou bombeados. Entre os pneu- máticos temos: GáS-lift CONTíNUO (GLC)1 O gás-lift contínuo baseia-se na injeção contínua de gás a alta pressão na coluna de produção para gaseificar o fluido a partir do ponto da injeção até a superfície. O gás utilizado nesse processo é o gás obtido da produção do próprio poço, que por sua vez é comprimido por compressores na superfície e enviado ao anu- lar do poço por meio de uma linha de serviço. O monitoramento da injeção de gás no interior do poço é realizado na super- fície por uma válvula reguladora de fluxo. E no poço são instalados mandris com válvulas de gás-lift (que pode ser um orifício ou dispositivo que se abre de acor- do com a pressão no espaço anular ou no interior da coluna de produção) que permite a comunicação do espaço anular com a coluna de produção, permitin- do o fluxo de gás para o óleo que gaseificado sobe pela coluna de produção até a superfície. 2 produção 33 GáS-lift INTERMITENTE (GLI)2 O gás-lift intermitente baseia-se no deslocamento de golfadas de fluido para a superfície, pela alta pressão de gás injetada na parte inferior da coluna de produção. Neste método, a injeção de gás é controlada por tempos, por meio de uma vál- vula na superfície que abre e fecha, de acordo com o ciclo predeterminado e no interior do poço por mandris com válvulas de gás-lift. Este método é muito parecido com o método de gás-lift contínuo, o princípio de funcionamento é diferente e aplicado em poços com baixa produção. E entre os métodos bombeados temos: BOMBEIO MECâNICO (BM) (CAVALO DE PAU)1 O Bombeio Mecânico com haste (BM) é um método de elevação artificial utili- zado em poços verticais onshore, seu funcionamento consiste em uma bomba al- ternativa tubular projetada no interior da coluna de produção, e seu acionamen- to é feito por uma haste metálica cilíndrica, que interliga a bomba na unidade de bombeio acionada por um motor elétrico ou a combustão localizada na superfície. Figura 4 – Esquema de um poço operando por gás-lift In -F ól io /C ris M ar ce la Saída de óleo e gás produzido Injeção de gás Coluna de produção Espaço anular Packer Válvula operadora Reservatório 34 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre O ciclo de bombeio consiste no curso ascendente e curso descendente. No cur- so ascendente uma válvula de esfera localizada na extremidade inferior da bomba permite a passagem do fluido para o seu interior e fecha a outra válvula também de esfera na sua parte superior. No curso descendente, o acionamento das válvu- las é invertido e o fluido é deslocado para o interior da coluna de produção. VANTAGENS Pode usar gás ou eletricidade como fonte de energia. Simples e fácil de operar. Aplicável em poços de pequeno diâmetro e completação múltiplas. Pode bombear com baixa pressão. Pode elevar óleos de alta temperatura e viscosidade. DESVANTAGENS Poços tortuosos apresentam problemas de fricção. Alta produção de sólidos causa problemas. É limitado pela profundidade, devido, principalmente, à capacidade das hastes. Obstrui em locações urbanas. Pesado e volumoso para operação no mar. Figura 5 – Unidade de bombeio mecânico com haste e seus componentes In -F ól io /C ris M ar ce la Cabresto Cabeça do cavalo Haste polida Linha de produção Coluna de hastes Bomba de fundo Tripé Biela Motor Viga Contra peso 2 produção 35 BOMBEIO DE CAVIDADES PROGRESSIVAS (BCP)2 Bombeio por Cavidade Progressiva (BCP) é um método em que a transferência de energia ao fluido é feita através de uma bomba de cavidade progressiva. É uma bomba que trabalha imersa em um poço de petróleo, constituída por uma cami- sa estacionária (estator) e de um rotor helicoidal. A geometria do conjunto é cons- tituída de helicoides (estator e o rotor). O rotor ao girar realiza um movimento axial nas cavidades progressivamente, no sentido da sucção para a descarga, realizando a ação de bombeio. O acionamento da bomba é realizado na superfície por motor elétrico ligado a um cabeçote de acionamento que transfere o movimento de rotação a uma série de hastes conectadas (semelhantes ao bombeio mecânico) ou diretamente no fun- do do poço, por um acionamento elétrico ou hidráulico acoplado na bomba. A utilização de bombas de cavidades progressivas é indicada para poços não muito profundos, fluidos com areia e fluidos com viscosidades variadas. Figura 6 – Equipamentos do Bombeio por Cavidades Progressivas (BCP) In -F ól io /C ris M ar ce la Haste Coluna de produção Revestimento de produção Cabeçote Motor Estator Rotor 36 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre BOMBEIO CENTRIFUGO SUBMERSO3 O Bombeio Centrifugo Submerso (BCS) está se expandindo na elevação artifi- cial de petróleo devido à flexibilidade dos equipamentos. Neste método de elevação, a energia é transmitida ao fundo do poço por meio de cabo elétrico para alimentar uma bomba centrifuga de múltiplo estágio, que trans- mite energia mecânica ao fluido sob forma de pressão e o eleva até a superfície. O bombeio centrifugo submerso é considerado um método de elevação artifi- cial muito eficiente em poços que trabalham e produzem altas vazões, com alto teor de água e baixa razão gás/óleo. Atualmente é utilizado também em poços com fluidos de alta viscosidade e po- ços com altas temperaturas. Este equipamento tem como seus maiores inimigos o gás que reduz a eficiên- cia da bomba, formando uma bolha de ar na entrada da sucção (Cavitação), que causa até mesmo uma substituição da bomba, e por conta da abrasão da areia no interior do equipamento danificando seus componentes. 2.2.8 TROcadOREs dE caLOR Trocadores ou permutadores de calor são equipamentos em que ocorre troca ou transferência de calor entre dois fluidos de diferentes temperaturas, sem pre- sença de chama com queima de combustível ou transferência de massa. Esses flui- dos quente e frio, circulam por dois circuitos independentes e trocam calor por condução e irradiação térmicas. São conhecidos como fluido principal e auxiliar, sendo o principal o do processo propriamente ou aquele que se deseja aquecer ou resfriar e auxiliar, o que por contato ou radiação, produz o aquecimento ou res- friamento do fluido principal. O bombeio centrifugo submerso é constituído basicamente de um motor elétrico, selo, admissão e a bomba. Dimensionado de acordo com a profundidade de cada poço e unido por luvas de acoplamento, montado na extremidade da coluna e descido a uma profundidade em que a sucção da bomba fique sempre submersa. 2 produção 37 Sabemos que na natureza, o calor é transmitido por vários mecanismos simul- taneamente. A literatura técnica geralmente reconhece três modos distintos de transmissão de calor: CONDUÇÃO Quando o calor flui de uma temperatura mais alta para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio (sólido, líquido ou gasoso) ou entre meios diferen- tes em contato físico. CONVECÇÃO Quando há o transporte de energia pela ação combinada da condução de ca- lor, armazenamento de energia e movimento de mistura. A convecção é importan- te como mecanismo de transferência de energia entre uma superfície sólida e um líquido ou um gás. RADIAÇÃO Quando calor é transmitido de um corpo para outro quando tais corpos estão separados no espaço, ainda que exista vácuo entre eles. Existem vários equipamentos para promover a troca ou transferência de calor, que utilizam esses mesmos mecanismos para realização de seus objetivos, por exemplo: Queima de combustível em fornos e caldeiras. Troca de calor somente em trocadores de calor. Troca simultânea de calor e massa em torres de resfriamento. Dessa forma, sem presençade chama com queima de combustível, fornos, cal- deiras e torres de resfriamento não fazem parte desta categoria. Na indústria do petróleo, os trocadores de calor geralmente são utilizados pa- ra aquecimento de óleo, após os headers de produção e para resfriamento do gás, pelos resfriadores (coolers) e interresfriadores (intercoolers). Para o óleo, o principal objetivo de seu aquecimento é diminuir sua viscosidade, tornando-o mais fino e com isso, facilitando a retirada de impurezas contidas nele, pois esse aumento de temperatura promove: Melhor separação de gás em óleo de alta viscosidade. Maior separação da água do óleo. Melhor dessalgação do óleo. Quebra a espuma e/ou evita sua formação. 38 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre CLASSIFICAÇÃO DOS TROCADORES DE CALOR QUANTO à SUA UTILIZAÇÃO Os trocadores de calor recebem diferentes designações quanto a sua utilização e os efeitos causados no fluido principal. São elas: AQUECEDOR Quando o fluido principal é aquecido. O fluido auxiliar utilizado normalmente é o vapor d’água. CONDENSADOR Quando o fluido principal, no estado de vapor, sofre condensação (liquefação). O fluido auxiliar utilizado está mais frio. RESFRIADOR Quando o fluido principal é resfriado. O fluido auxiliar utilizado geralmente é a amônia gelada líquida ou ar. REFRIGERADOR Quando o fluido principal é refrigerado. O fluido auxiliar é um fluido refrige- rante: amônia, freon ou propano, obtendo resfriamentos abaixo da temperatura ambiente. VAPORIZADOR Quando o fluido principal sofre vaporização. O fluido auxiliar utilizado normal- mente é o vapor d’água. Quando o produto obtido é vapor d’água, o equipamen- to costuma ser chamado de gerador de vapor ou steam generator, quando conec- tado a uma torre de destilação, é chamado refervedor ou reboiler. CLASSIFICAÇÃO DOS TROCADORES DE CALOR QUANTO à SUA FORMA GEOMéTRICA Eles também recebem nomes diferentes quanto a suas características de cons- trução e desempenho desejado. Veja alguns deles: Trocadores de calor casco-tubos É o tipo de trocador de calor mais comum e mais utilizado na indústria do petró- leo. Formado pelo casco (um grande vaso de pressão) e por um conjunto de tubos internos que formam um feixe de tubos localizados no interior do trocador de calor. É adequado para aplicações sujeitas à alta pressão. Um dos fluidos do trocador de ca- lor circula entre o casco e o feixe de tubos e o outro, na serpentina pelo interior dos tubos. Existem vários trocadores do tipo Casco e Tubos (Feixe Tubular, Tubo em U), a diferença entre eles está na quantidade de tubos internos, no arranjo desses tu- bos, no número de entradas ou saídas para os fluidos principal ou auxiliar. 2 produção 39 Trocadores de calor por placas É outro tipo de trocador de calor, formado por placas paralelas entre si e finas, onduladas e levemente separadas, com grande área para a passagem do fluxo dos fluidos envolvidos na transferência de calor. As placas são presas face a face, com boa eficiência nas trocas de calor em relação aos trocadores de calor casco e tu- bos. As placas ficam suspensas por barras horizontais no topo e no fundo do tro- cador. Nesse trocador de calor, o ar do ambiente é forçado ou induzido a passar por entre as placas (aletas). 2.2.9 TuRbInas As turbinas constituem um dos mais importantes elementos nas áreas indus- triais e de energia, tendo em vista a sua grande variedade de aplicações e a gran- deza das transformações que podem ser obtidas. Podem ser integradas em vários processos industriais, produzindo grande quantidade de energia mecânica e/ou elétrica com ou sem recuperação de calor. De uma forma bem simplificada, turbinas são máquinas que capturam e trans- formam a energia mecânica ou térmica de um fluido, em trabalho de rotação de um eixo em máquinas rotativas. Segundo o tipo do fluido de acionamento da turbina: água, vapor d’água, gás natural ou ventos, tem os principais tipos de turbinas que são: hidráulicas A vapor A gás Eólicas COMO FUNCIONAM AS TURBINAS As turbinas possuem uma constituição básica e bastante comum para todos os tipos de turbinas, assim como também a forma de funcionamento. Conforme o efeito causado pelo fluido de acionamento, que pode ser água, vapor, gás ou ven- tos, que atua sobre as pás ou palhetas do rotor, fazendo girar e por consequência seu eixo de rotação, por uma força mecânica de grande eficiência. O eixo desse ro- tor, faz parte de um eixo solidário acoplado ao eixo de uma outra máquina rotati- va. Assim, o trabalho realizado pelo eixo do rotor é o mesmo realizado pelo eixo da máquina rotativa uma vez que os eixos são solidários, dessa forma, transferindo a energia potencial do fluido de acionamento para a rotação de outra máquina. 40 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre Sua forma construtiva básica é a mesma para todas: um rotor dotado de um certo número de pás ou palhetas ligado a um eixo que gira sobre um conjunto de mancais de deslizamento ou mancais de pastilha. Assim, mediante acoplamentos mecânicos, a rotação do rotor é transmitida para o eixo solidário do rotor e dessa forma as turbinas são para movimentar outros equipamentos mecânicos rotativos, como bombas, compressores, ventiladores, misturadores, sopradores entre outros. As turbinas possuem também enorme aplicação na propulsão naval, em navios e aeronáutica, em aviões. Elas são muito utilizadas também para a geração de energia elétrica, sendo aco- pladas a um gerador de energia elétrica e o conjunto turbina e gerador formam os turbo-geradores. Todas as turbinas podem ter uma rotação fixa ou variável, em uma determinada faixa. Na geração de energia elétrica, a rotação costuma ser mantida constante num valor fixo para manter constante a frequência da rede elétrica. Na utilização das turbinas, existem parâmetros importantes que precisam ser con- siderados e monitorados para o bom funcionamento delas. Entre esses parâmetros estão: o tipo fluido de acionamento ou trabalho, a temperatura máxima de opera- ção, a potência máxima a ser atingida, a eficiência, a vazão mássica de fluido de acio- namento, a pressão de trabalho, as características construtivas e as dimensões. Além de tudo já comentado, as duas características principais das turbinas são potência e eficiência. As maiores já construídas em termos de dimensões são as tur- binas hidráulicas. As que trabalham com maiores temperaturas são as turbinas a gás, e as que são submetidas a maior pressão são as turbinas a vapor. Todos os tipos pos- suem aplicação em uma grande faixa de potência, que varia de 300kW, para aciona- mento de ventiladores, até 1.200MW, estas últimas em instalações nucleares. SISTEMA DE COMPRESSÃO DE GáS O sistema de compressão tem a função de fornecer energia ao gás para que cir- cule pelo sistema de tratamento na plataforma ou transferido para um navio ou um terminal terrestre. O gás produzido é difícil de ser armazenado por estar no estado gasoso, o que aumenta o seu volume, implicando grandes espaços de armazenagem e que iria en- carecer o preço da plataforma. Poderíamos condensar o gás e armazená-lo no esta- do líquido, porém, o gás natural só condensa a temperaturas extremamente baixas, exigindo um sistema de refrigeração ou altíssimas pressões, tornando a armazena- gem e transporte uma operação de risco. Concluímos que a melhor solução para o transporte do gás é por gasodutos, que só se justifica se houver um volume grande de gás a ser transferido. O transporte por gasoduto vai requerer uma grande quanti- dade de energia, porque a maior parte das plataformas está a muitos quilômetros de distância do continente, esta energia será fornecida pelo sistema de compressores. 2 produção 41 No próximo tópico, Processos de Separação, esse assunto voltará a ser aborda- do dentro do contexto da produção do gás natural. PROCESSOS DE SEPARAÇÃO A produção de petróleo e gás natural no Brasil provém de reservatórios e po- ços de petróleo localizadosno fundo do mar, a partir de plataformas marítimas ou offshore, ficando uma pequena parte como produção de plataformas terres- tres ou onshore. O processo de produção de petróleo a partir de plataformas marítimas envol- ve: a exploração ou produção contínua de petróleo do fundo do mar, a estocagem ou armazenamento em local adequado e o posterior transporte para a refinaria lo- calizada no continente. O armazenamento do petróleo pode ser na própria plataforma de petróleo, co- mo em muitos casos, em navios de estocagem ou em boias específicas para esse fim. A operação de offloading envolve a entrega do petróleo para um navio-tan- que também chamado navio aliviador ou um oleoduto, para ser transferido para uma refinaria. Assim, poderíamos imaginar a seguinte situação ideal, que seria transportar o petróleo in natura desde o reservatório até a refinaria, onde ocorreria todo o seu tratamento, por meio de oleodutos de petróleo e se não fosse necessário, uma pla- taforma de petróleo com todo o custo que ela envolve. Na realidade, essa situação ideal e simples não é possível de ser realizada. Vá- rios problemas precisam ser contornados e a presença de uma plataforma de pe- tróleo apresenta os seguintes problemas: Não existe diferencial de pressão suficiente, em condições de deslocar o petróleo desde o reservatório até o continente, para isso há a necessidade da utilização de bombeamento. É comum que o petróleo, ao chegar à superfície, tenha a presença de gás e água além de outras impurezas associadas. Transportar petróleo in natura implica transportar óleo e gás, além de grande quantidade de água e outras impurezas indesejadas. O bombeamento para o transporte do petróleo in natura não seria economicamente viável, devido às grandes distâncias das plataformas de produção ao continente implicando elevado custo dos sistemas de bombeamento e dos sistemas de dutos de interligação para o transporte do gás. 42 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre A incrustação e corrosão provocadas nas tubulações e no sistema de bombeamento, devido à grande quantidade areia e sais presentes na água, exigindo manutenção periódica. �O petróleo, quando submetido a gradientes de energia, como é o caso, quando está em escoamento, com velocidade e atrito, apresenta elevada quantidade de água com sais em sua composição, que acarreta problemas como a formação de grande quantidade de emulsões impedindo a separação entre as fases. Tendo em vista todos esses motivos, a solução encontrada foi a construção da plataforma de petróleo ainda no mar, para promover a separação das fases óleo, gás e água. Na plataforma, o óleo e o gás, por apresentarem relevantes interesses econômicos para a indústria são separados e armazenados. A água, deve ser sepa- rada e descartada. Neste processo e como o objetivo é o aumento da rentabilidade, faz-se a sepa- ração entre as fases, de forma que seja a maior possível, tendo em vista os eleva- dos interesses econômicos no óleo e no gás. Aumentando os ganhos e diminuin- do os custos de produção, armazenando maiores quantidades de petróleo para a transferência (tancagem), simplificando o dimensionamento do bombeamento e transferência, evitando problemas de incrustação e corrosão nas bombas e oleo- dutos de exportação o que simplifica a manutenção. Além de deixar de compro- meter certas operações de processo nas refinarias. OS SISTEMAS DE PRODUÇÃO O processamento primário do petróleo envolve: a separação do óleo, do gás e da água, mantendo o óleo e o gás sob condições estáveis e controladas, de tal for- ma que estejam em condições de serem armazenados e transferidos e a água, sais e outras impurezas em condições de serem descartadas no mar. A qualidade dessa separação no local da extração é fundamental para a lucrati- vidade do projeto. A boa performance das malhas de controle da planta, apoiada por uma instrumentação, equipamentos, procedimentos e práticas operacionais ade- quados são fatores para manter os produtos dentro especificações de qualidade. Apesar da relativa simplicidade dos processos de separação, essas plantas ope- ram com grande faixa de vazão, pelas características dos métodos de elevação e escoamento dos poços produtores utilizados. Como o interesse econômico na pro- dução de hidrocarbonetos, óleo e gás, é muito grande, há necessidade de dotar os campos, marítimos e terrestres, das chamadas “facilidades de produção”, que são as instalações destinadas a efetuar, sob condições controladas, o “processa- mento primário dos fluidos”, repetindo: 2 produção 43 1. A separação do óleo, do gás e da água com as suas impurezas em suspensão. 2. O tratamento e condicionamento dos hidrocarbonetos para que possam ser transferidos para as refinarias onde será efetuado o processamento propriamente dito. 3. O tratamento de água para a reinjeção ou descarte. Todas essas atividades são realizadas nos chamados sistemas de produção, um complexo aparato de sistemas industriais, que tem como objetivo: o atendimen- to contínuo à separação entre óleo, gás e água além da compressão de gás, trata- mento e armazenamento de óleo e gás, tratamento e descarte da água oleosa e sua injeção nos poços de petróleo, entre outras atividades. Esse arranjo tecnológi- co envolve: equipamentos submarinos, estruturas navais, casco, equipamentos pa- ra geração de energia, plantas de processo, instrumento, hardware e software (pro- gramas de computador), procedimentos e boas práticas operacionais. A VIABILIDADE TéCNICO-ECONôMICA – EVTE Devido às dúvidas iniciais quanto às capacidades e demandas de produção pos- síveis dos reservatórios de petróleo, as distâncias do continente, a infraestrutura de apoio necessária e outros fatores, no início dos projetos de uma produção de petróleo são realizados os estudos de viabilidade técnico-econômica ou EVTE, uma espécie de anteprojeto para levantamentos das necessidades e dos custos para adequar com a receita disponível. Assim, de acordo com o projeto, o EVTE e outros fatores, um sistema de produção poderá ser uma planta de processamento simples quanto uma planta mais complexa. In -F ól io /P au la M ou ra Um exemplo disso ocorre nas Unidades de Exploração e Produção (UEPs) mais antigas. Procurando atender as demandas da época em que foram construídas e lançadas ao mar, inclusive para lâminas d’água mais rasas, foram construídas com plantas de processo mais simplificadas e de acordo com as tecnologias vigentes, baseadas na separação óleo-gás-água ou somente gás-líquidos (óleo/água), te- mos as UEP que não possuem aquecimento de fluidos, por exemplo tendo em vis- ta as profundidades envolvidas. 44 Tecnologias do sisTema ProduTivo OnshOre e OffshOre OS SISTEMAS DE PRODUÇÃO MAIS ENCONTRADOS hoje em dia, com a descoberta de grandes reservatórios de petróleo no mar, em grandes profundidades e distantes do continente, tornou-se necessário a uti- lização de novas unidades de produção offshore de maior capacidade e utilizando maiores recursos de tecnologias sendo construídas plantas de processo cada vez mais completas e complexas. Como já mencionado, essas plantas realizam desde a separação óleo, gás e água, tratamento e estabilização, como também a compressão e tratamento de gases e da água para descarte e injeção no reservatório, além de outros sistemas de apoio, produção e segurança. Assim, desde o início da exploração no Brasil até os dias de hoje, são vários os tipos de Unidades de Exploração e Produção (UEPs) para explo- ração e produção de petróleo: PLATAFORMA FIxA (fixeD, JaCk-uP) Plataforma com estrutura de sustentação fixa, cujas pernas de sustentação são estaqueadas no fundo do mar. Sua estrutura é de concreto ou metálica e nesse ca- so é chamada de jaqueta metálica. Possui como inconveniente o limite de profun- didade que é o das pernas de sustentação. PLATAFORMA FIxA ALTOELEVATóRIA (JaCk-uP Rig) Plataforma também fixa, semelhante a anterior, no que diz respeito
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