PPP 2012 - Cap 1 e 2

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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO 
DE PETRÓLEO E GÁS 
NATURAL 
ENGENHARIA DE PETRÓLEO E GÁS 
Prof. Roni F. Dalla Costa 
PROGRAMA DA DISCIPLINA: 
1. Revisão de conceitos básicos 
 
2. Características dos fluidos produzidos: óleo, gás, água, emulsões 
 
3. Separação gravitacional bifásica e trifásica 
 
4. Tratamento de óleo 
 
5. Tratamento de água 
 
6. Condicionamento do gás 
 
7. Unidades marítimas de produção e instalações de superfície 
captação de água 
tratamento de água 
 
Manifold de 
Produção 
 
reinjeção 
tratamento 
de água 
descarte 
separação 
Óleo 
Água 
Gás 
poços produtores 
poços injetores 
O QUE É O PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE FLUIDOS? 
processamento 
de gás 
transferência 
(gasodutos) 
condicionamento 
compressão 
consumo: 
gás comb., 
GNV, etc. 
U
P
G
N
 
tratamento 
de óleo 
transferência 
(oleodutos, 
navios) 
consumo: 
gasolina, 
diesel, etc. 
refino 
re
fi
n
a
ri
a
 
O QUE É O PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE FLUIDOS? 
É o conjunto de operações realizadas junto aos campos de produção de petróleo com a 
finalidade de: 
 
1) promover a separação do óleo, gás e água com impurezas; 
 
2) tratar e condicionar os hidrocarbonetos para que possam ser enviados às refinarias ou 
UPGNs (Unidades de Processamento de Gás Natural); 
 
3) tratar a água separada para enquadrá-la nos padrões de reinjeção ou descarte; 
 
De forma complementar, pode-se considerar ainda: 
4) captar e tratar água (do mar) de forma a adequá-la para injeção nos reservatórios. 
Em unidades marítimas de 
produção e em estações 
terrestres de produção 
ONDE O PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE FLUIDOS É REALIZADO? 
1. REVISÃO DE CONCEITOS BÁSICOS 
Exercício: 
1.a. Defina massa específica. 
 
 
 
1.b. Quais as unidades usuais da massa específica? 
 
 
 
2.a. Defina densidade. 
 
 
 
2.b. Quais as unidades usuais de densidade? 
 
 
 
kg/m3 g/cm3 
é a razão entre as massas específicas de duas substâncias. 
Ex: razão entre a massa específica de um líquido a 20 C e a da água, a 4 C (d4
20) 
densidade é adimensional 
é a razão entre a massa de uma determinada 
substância e o volume que ela ocupa volume
massa
1. REVISÃO DE CONCEITOS BÁSICOS 
Exercício: 
3.a. O que é grau API? 
 
 
 
 
 
 
3.b. Qual a densidade de um petróleo com 32 API? 
 
é uma escala de densidade definida pelo American Petroleum Institute como: 
5,131
5,141
6060 Fd
API
R: d=0,865 
1. REVISÃO DE CONCEITOS BÁSICOS 
Exercício: 
3.a. Defina viscosidade. 
 
 
3.b. Quais as unidades usuais da viscosidade dinâmica (ou absoluta)? 
 
 
3.c. Como varia a viscosidade do petróleo em função da temperatura? 
 
 
 
4.a. O que é perda de carga no escoamento de um fluido em uma tubulação? 
 
 
4.b. Em que unidades costuma-se expressar a perda de carga? 
é a resistência de um fluido a uma força cisalhante 
“é a dificuldade de um fluido escoar” 
1 kg/m.s = 1 Pa.s = 1000 cP 
para o petróleo, assim como para a maioria dos líquidos, a viscosidade diminui 
com o aumento da temperatura 
é o abaixamento da pressão total do fluido ao longo do escoamento 
em unidades de pressão (kgf/cm2, atm, bar) ou de comprimento (m ou m.c.a.) 
1. REVISÃO DE CONCEITOS BÁSICOS 
Exercício: 
5.a. Um líquido escoa com uma velocidade média de 2,7 m/s em uma tubulação 
cujo diâmetro interno é de 12 polegadas. Qual a sua vazão volumétrica? 
 (1 polegada = 2,54 cm) 
 
 
 
 
 
5.b. Se este fluido passa por um vaso esférico com 4 m de diâmetro antes de 
ser descartado, qual o tempo de residência do fluido neste vaso? 
 
D = 12 pol x 2,54 cm/pol = 30,48 cm = 0,3048 m 
A = (0,1524)2 = 0,07297 m2 
Q = 0,07297 m2 x 2,7 m/s = 0,197 m3/s 
Q
V
3
3
5,33
3
4
m
r
V
min83,2170
/197,0
5,33
3
3
s
sm
m
1. REVISÃO DE CONCEITOS BÁSICOS 
Exercício: 
6.a. O que é BS&W? 
 
 
 
 
 
 
 
6.b. Um campo produtor tem uma vazão de óleo de 90.000 bpd nas condições 
padrão de superfície. Considerando que o BS&W é de 35 %, calcule a 
vazão de água produzida. 
É o que não é petróleo em uma amostra líquida de petróleo, ou seja, água e 
sedimentos eventualmente presentes. 
100100& x
V
V
x
VV
V
WBS
t
a
ao
a
Onde: 
Vo = volume de óleo 
Va = volume de água e sedimentos 
Vt = volume total 
000.90
35,0
a
a
Q
Q
0,35 Qa+31500 = Qa Qa= 48461 bpd 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
Nas jazidas de hidrocarbonetos, os fluidos (óleo, água e gás) se distribuem em 
diferentes camadas, em função das suas diferentes densidades. 
Embora a separação das camadas não seja bem definida, normalmente a camada 
superior é constituída de gás natural, a intermediária de óleo e a inferior de água. 
O petróleo encontra-se ocupando os 
espaços porosos da rocha-
reservatório, ou seja, a rocha está 
“encharcada” com o óleo. 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
Uma mistura dos 3 fluidos (água, óleo e gás) é normalmente produzida. 
Dependendo da localização dos canhoneados e do tempo em que o poço está em 
produção, a proporção destes 3 fluidos irá variar. 
 Em geral se observa um aumento do BS&W produzido ao longo do tempo 
 A vazão de gás produzido depende, entre outros fatores, do mecanismo de 
produção do reservatório 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
Poço produtor 
grande diferença de massa específica em 
relação à fase líquida 
gás 
óleo 
deve ter teor de impurezas compatível com 
as especificações: 
água livre separação relativamente fácil 
emulsão 
separação difícil: desemulsificantes, 
equipamentos apropriados 
água 
dissolvida 
pequena quantidade: presença 
tolerada no petróleo 
sólidos 
areia, argila, produtos de corrosão, 
precipitados, etc. Necessidade de 
remoção do sistema. 
BS&W: 0,5 % ; Sal: 285 mg/L (100 ptb) 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
Água da formação: água originalmente presente no 
reservatório. 
Apresenta composição química característica. 
 
 
Água injetada (água do mar): água utilizada 
para injeção em reservatórios após processos 
de tratamento. Composição química definida. 
 
 
Água produzida: água produzida pelos poços 
juntamente com o óleo. 
Composição variável ao longo do tempo. 
Mistura em proporções variáveis de água da formação 
e água do mar (água injetada). 
 
ÁGUA: 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
 salinidade varia fortemente de reservatório para reservatório; 
 composição altamente variável; 
 freqüentemente contém microorganismos (ex: bactérias redutoras de sulfato (BRS), 
que podem gerar produtos corrosivos em seu metabolismo); 
 pode conter gases dissolvidos (carbônico, sulfídrico, hidrocarbonetos leves); 
 normalmente contém sólidos em suspensão. 
 altos teores de sais dissolvidos: até várias vezes mais salgada do que a água do mar 
(35.000 mg/L); 
Resumindo, a água contém: 
 Sólidos dissolvidos 
 Sólidos suspensos 
 Gases dissolvidos 
 Microorganismos 
ÁGUA: 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÁGUA: 
Íons * Água do Mar Campo A Campo B Campo C Campo D Campo E 
Na+ 10.700 – 11.500 37.600 20.000 33.500 24.960 65.000 
K+ 472 – 564 670 102 554 850 410 
Ca2+ 393 – 427 3.030 818 2.760 2.160 7.100 
Mg2+ 1.180 – 1322 362 325 374 760 800 
Ba2+ 0,05 – 0,08 0 46 229 12 44 
Sr2+ 5,8 – 5,6 532 198 415 164 580 
Cl- 20.020 – 20.820 58.700 33.700 59.100 45.500 116.982 
SO4
2- 2.810 – 2.960 68 <5 14 - - 
HCO3
- 134 – 155 540 390 837 913 20 
CO3
2- Nm 0 0 131 0 0 
S.T.D. 35.500 101.478 55.580 98.270 75.300 190.936 
pH 7,6 – 8,3 6,7 7,6 6,5 6,8 6,4 
Exemplos de composição da água produzida em diversos campos e comparação com a 
composição da água do mar 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÁGUA: 
Devido à ausência de oxigênio, a água produzida pode estar contaminada com bactérias 
anaeróbicas. 
 
Dentre estas, as mais preocupantes são as Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS). 
(ex: Desulfovibrio desulfuricans). 
 
Problemas devidos à presença de BRS: 
1) Acidulaçãobiogênica dos reservatórios (souring) e consequente produção de fluidos 
contaminados com H2S; 
 
2) Corrosão dos equipamentos e instalações. Pode ser devida ao próprio H2S, ou à 
presença das bactérias (corrosão microbiologicamente induzida). 
 
3) Riscos de geração localizada de ácido sulfídrico em tanques onde ocorra acumulação de 
água produzida (tanques de slop, tanques de carga de FPSOs, tanques de navios de 
transporte, etc.) 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÁGUA: 
Outros efeitos decorrentes da presença de água: INCRUSTAÇÕES INORGÂNICAS 
Incrustações inorgânicas: são depósitos minerais duros que precipitam de uma solução 
salina. 
A precipitação ocorre quando a água fica com 
uma quantidade de sais acima do limite de 
solubilidade para um determinado sal. 
 
Isso pode ocorrer por dois motivos principais: 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÁGUA: 
1. Mudança na composição da água devido à injeção no reservatório de água com 
propriedades incompatíveis (água do mar). 
Ex: precipitação de sulfato de bário. 
Água do mar 
≈2800 mg/L de SO4
2- 
Água do reservatório 
Ba2+ Sr2+ 
BaSO4 ; SrSO4 
Incrustações 
Perda de produção 
Danos a equipamentos 
Dificuldades operacionais 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÁGUA: 
2. Mudança nas condições termodinâmicas da água (T e P): 
 despressurização e aquecimento da água  precipitação de carbonato de cálcio 
 
Ca++ + 2 HCO3
– CaCO3 + H2O + CO2 
precipitado de carbonato 
de cálcio 
 Incrustações de carbonato de cálcio  dissolve em ácido (borbulha) 
 Incrustações de sulfato de bário  insolúvel em ácido 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÓLEO: 
É a parte dos hidrocarbonetos que permanece no estado líquido quando uma mistura 
líquida de hidrocarbonetos é levada das condições de reservatório para as condições de 
superfície. 
 
O petróleo é composto basicamente por uma mistura de compostos químicos orgânicos, os 
hidrocarbonetos, além de alguns compostos contaminantes. 
Os hidrocarbonetos são moléculas formadas por Carbono e Hidrogênio (HC). 
Os contaminantes são compostos que podem conter outros átomos como S, O, N, etc. 
 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
 Quanto menor o API do óleo, maior tende a 
ser a viscosidade e o teor de agentes 
emulsionantes presentes, o que aumenta as 
dificuldades do processamento primário do 
petróleo (exige maiores temperaturas de 
separação e tratamento). 
ÓLEO: Petróleo °API 
Urucu 48,5 
Sergipano Mar 43,7 
Alagoano 37,9 
Albacora 28,3 
Roncador 27 
Barracuda 25 
Marlim Sul 23,1 
Marlim 22,8 
Albacora Leste 18,2 
Alto do Rodrigues 17 
Jubarte 16,8 
Papa Terra 13 
 Outras características relevantes do petróleo: 
- Teor de parafinas; 
- Acidez; 
- Teor de asfaltenos; 
- Teor de heteroátomos (S, O, N); 
- Tendência à formação de espuma. 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ÓLEO: 
Fonte: McCain, Jr., W.D. (1990), The properties of 
petroleum fluids, 2nd ed., PennWell Books, 
PennWell Publishing Co., Tulsa, OK. p. 330. 
Variação da viscosidade de um 
determinado tipo de petróleo em 
função do seu API e da temperatura. 
Nas atividades de tratamento e 
transferência do petróleo é de 
grande importância conhecer a 
viscosidade do mesmo, pois o 
dimensionamento dos 
equipamentos, tubulações e 
bombas fica condicionado à 
força que precisa ser vencida 
para promover o escoamento. 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
GÁS: 
Gás natural é o nome dado às misturas de hidrocarbonetos que, quando nas 
condições de superfície, se apresentam na forma gasosa. No reservatório estas 
misturas podem se apresentar tanto na forma gasosa como dissolvida no óleo. 
COMPOSIÇÃO: 
 
Fração leve do petróleo, i.e., HC gasosos @ T, P ambiente 
Composição: Metano (CH4) ao Heptano (C7H16) ou mais.... 
 com C1≈ 80% e C2 ≈ 10% (volume molar). 
 outros: N2, vapor d’água, H2S, CO2 
 
Poder calorífico: 8.000 a 10.000 kcal/m3 
Densidade ≈ 0,7 @ 20ºC 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
GÁS: 
Riqueza do gás natural: é a soma das porcentagens volumétricas ou de quantidade de 
matéria de todos os componentes a partir do propano, inclusive. 
(Riqueza = C3+) Gás Rico: C3+ ≥ 7% (vol) 
 Gás Pobre: C3+ < 7 % (vol) 
GásGás
Óleo + GásÓleo + Gás
ÁguaÁgua
Gás Livre
Gás em Solução
Gás Não Associado Gás Associado 
Origem: reservatório produtor de gás 
 (ex: Mexilhão, Manati) 
Origem: reservatório produtor de óleo 
(em solução ou capa de gás) 
Gás Gás 
Óleo + Gás Óleo + Gás 
Água Água 
Gás Livre 
Gás em Solução 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
GÁS: 
O Gás Natural e o petróleo são misturas de substâncias semelhantes quimicamente e 
normalmente coexistem em uma única fase ou em fases separadas. 
Assim, há sempre um pouco de gás dissolvido no petróleo e pode-se obter petróleo 
(condensado) a partir do gás natural. 
 A quantidade de gás dissolvido no petróleo ou de condensado que pode ser obtido 
do gás natural vai depender das condições de temperatura e pressão, além das 
características do petróleo e gás. 
 
 Assim, a partir do momento em que sai do reservatório até sua chegada na 
superfície, parte dos componentes leves do petróleo (gás dissolvido) passam para a fase 
gasosa. 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
GÁS: 
Redução de pressão ou aumento de temperatura 
 
liberação do gás dissolvido no petróleo 
Aumento da pressão ou redução de temperatura 
 
Formação de condensado a partir do gás natural 
Ponto de 
bolha 
Ponto de 
orvalho 
OBS: 
Para substâncias puras (ex.: água): ponto de orvalho = ponto de bolha 
Para misturas (ex.: petróleo ou gás): ponto de orvalho ≠ ponto de bolha 
De um modo simplificado, pode-se dizer que: 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
GÁS: 
Razão Gás-Óleo (RGO): é o quociente entre a vazão instantânea de gás pela 
vazão instantânea de óleo, ambas medidas em condições padrão de superfície. 
Condições padrão: variam de país para país e podem ter diferentes unidades. 
 Ex.: no Brasil (ANP): 1 atm e 20 C 
 nos EUA: 14,7 psia (1 atm) e 60 F 
 vazão instantânea de gás 
RGO = 
 vazão instantânea de óleo 
A estabilização do óleo é parte importante do processamento 
primário de petróleo e consiste na remoção dos componentes leves 
da mistura de hidrocarbonetos, reduzindo a pressão de vapor até os 
níveis desejados, minimizando a vaporização durante as etapas de 
transferência e estocagem. 
2. CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS PRODUZIDOS 
ASSOCIAÇÕES DAS FASES: 
Durante as operações de produção, processamento primário e transporte de óleo e gás, 
as três fases (água, óleo e gás) podem se associar em diferentes formas, provocando 
dificuldades operacionais: