Introdução à Engenharia de Petróleo - Apostilas - Engenharia de Petróleo, Notas de estudo de Engenharia de Petróleo

Baixe Introdução à Engenharia de Petróleo - Apostilas - Engenharia de Petróleo e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Petróleo, somente na Docsity! UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 1 INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE PETRÓLEO CAPÍTULO I – O PETRÓLEO O petróleo foi um dos primeiros recursos naturais que nossos antepassados aprenderam a usar, sua participação remota a tempos bíblicos. No entanto, sua utilização mais intensa se deu, realmente, em torno de 1847, quando um comerciante de Pittsbourg, na Pensilvânia, EUA, começou a engarrafar e vender petróleo de vazamentos naturais, oil seeps, para ser utilizado como lubrificante. Cinco anos depois, em 1852, um químico canadense descobriu que o aquecimento e a destilação do petróleo produzia querosene, um líquido que podia ser utilizado em lâmpadas. Essa descoberta condenou as velas e as lâmpadas de óleo de baleia. Em 27 de agosto de 1859, em Titusville, Pensilvânia foi perfurado o primeiro poço de petróleo, com profundidade de apenas 21,2 metros, do qual se obteve 2 m 3 por dia de óleo. O petróleo foi rapidamente descoberto em outros locais dos EUA, como West Virginia (1860), Colorado (1862), Texas (1866) e Califórnia (1875). O Petróleo e sua Origem Do latim petra (pedra) e oleum (óleo), o petróleo no estado líquido é uma substância oleosa, inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e cor variando entre o negro e o castanho-claro. O termo petróleo é utilizado para designar tanto o óleo quanto o gás natural. O petróleo é um combustível fóssil, originado da decomposição não-oxidante de matéria orgânica armazenada em sedimentos, que migra através de aqüíferos e fica aprisionado em reservatórios. A interação dos fatores – matéria orgânica, sedimento e condições termoquímicas apropriadas – é fundamental para o início da cadeia de processos que leva à formação do petróleo. A matéria orgânica proveniente de vegetais superiores também pode dar origem ao petróleo, todavia sua preservação torna-se mais difícil em função do meio oxidante onde vivem. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 2 O tipo de hidrocarboneto gerado, óleo ou gás, é determinado pela constituição da matéria orgânica original e pela intensidade do processo térmico atuante sobre ela. A matéria orgânica proveniente do fitoplâncton, quando submetida a condições térmicas adequadas, pode gerar hidrocarboneto líquido. O processo atuante sobre a matéria orgânica vegetal lenhosa poderá ter como conseqüência a geração de hidrocarbonetos gasosos. Acumulações de Petróleo A existência de acumulações de petróleo depende das características e do arranjo de certos tipos de rochas sedimentares no subsolo. Basicamente, é preciso que existam rochas geradoras que contenham a matéria-prima que se transforma em petróleo e rochas- reservatório, ou seja, aquelas que possuem espaços vazios, chamados poros, capazes de armazenar o petróleo. Essas rochas são envolvidas em armadilhas chamadas trapas, compartilhamentos isolados no subsolo onde não tem condições de escapar. A ausência de qualquer um desses elementos impossibilita a existência de uma acumulação petrolífera. Logo, a existência de uma bacia sedimentar não garante, por si só, a presença de jazidas de petróleo. As rochas geradoras são assim chamadas por tratar-se de um mineral formado principalmente pelo acúmulo de fragmentos de outros minerais e detritos orgânicos, e que, quando se encontra num ambiente de pouca permeabilidade – o que inibe a ação de água circulante e diminui a quantidade de oxigênio existente – cria as condições necessárias para a formação do petróleo. Após o processo de formação do petróleo, para que o mesmo se acumule, formando posteriormente um reservatório, é necessário que após a geração ocorra a migração do petróleo, e que no percurso desta migração exista alguma armadilha geológica que permita a acumulação do óleo. Esta “migração” ainda é um assunto que gera certa polêmica entre os geólogos; no entanto, o UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 5 Fração Temperatura de Ebulição (ºC) Composição aproximada Usos Gás Residual - C1 – C2 Gás combustível Gás liquefeito de petróleo – GLP Até 40 C3 – C4 Gás combustível engarrafado, uso doméstico e industrial. Gasolina 40 – 175 C5 – C10 Combustível de automóveis, solvente. Querosene 175 – 235 C11 – C12 Iluminação, combustível de aviões a jato. Gasóleo leve 235 – 305 C13 – C17 Diesel, fornos. Gasóleo pesado 305 – 400 C18 – C25 Combustível, matéria-prima para lubrificantes. Lubrificantes 400 – 510 C26 – C38 Óleos lubrificantes. Residuo Acima de 510 C38+ Asfalto, piche, impermeabilizantes. Os óleos obtidos de diferentes reservatórios de petróleo possuem características diferentes. Alguns são pretos, densos, viscosos, liberando pouco ou nenhum gás, enquanto que outros são castanhos ou bastante claros, com baixa viscosidade e densidade, liberando quantidade apreciável de gás. Outros reservatórios, ainda podem produzir somente gás. A Classificação do Petróleo Dependendo de sua densidade (gravity), os óleos são classificados pelo American Petroleum Institute – API – em vários graus (specific gravity), sendo que os com maior graduação são os melhores, ou seja, são petróleos mais leves. Como exemplo, um óleo de 17º API é muito pesado e um de 30º API é mais leve. Alguns fatores podem afetar o ºAPI dos óleos, tais como:  A idade geológica: as rochas antigas tendem a ter maior graduação; mas, rochas terciárias podem ter cerca de 40º API, como as do Mar do Norte.  Profundidade do reservatório: quanto maior a profundidade, maior a graduação.  Tectonismo: altas graduações são mais comuns em regiões com muitas tensões nas camadas geológicas.  Salinidade: os reservatórios de origem marinha tendem a ter maiores graduações do que os de origem de ambientes com água salobra ou fresca.  Teor de enxofre: este teor é alto em óleos de baixa graduação. A classificação do petróleo, de acordo com seus constituintes, interessa desde os geoquímicos até os refinadores. Os primeiros visam caracterizar o óleo para relacioná-los à rocha- UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 6 mãe e medir o seu grau de degradação. Os refinadores querem saber a quantidade das diversas frações que podem ser obtidas, assim como sua composição e propriedades físicas. Assim, os óleos parafínicos são excelentes para a produção de querosene de aviação (QAV), diesel, lubrificante e parafinas. Os óleos naftalênicos produzem frações significativas de gasolina, nafta petroquímica, QAV e lubrificantes, enquanto que os óleos aromáticos são mais indicados para a produção de gasolina, solventes e asfalto. FAMÍLIA PRODUTO CARACTERÍSTICA Parafínicos QAV Combustão limpa Diesel Facilidade ignição Lubrificantes Constância da viscosidade com temperatura Parafinas Facilidade na cristalização Naftênicos Gasolina Solução de compromisso entre a qualidade e a quantidade do derivado. Nafta petroquímica QAV Lubrificantes Aromáticos Gasolina Ótima resistência à detonação Solventes Solubilização Asfaltos Agregados moleculares Coque Elevado  CLASSE PARAFÍNICA (75% ou mais de parafinas) Nesta classe estão os óleos leves, fluidos ou de alto ponto de fluidez, com densidade inferior a 0,85. A maior parte dos petróleos produzidos no Nordeste brasileiro é classificada como parafínica. Este tipo de petróleo produz subprodutos com as seguintes propriedades: - Gasolina de baixo índice de octanagem. - Querosene de alta qualidade. - Óleo diesel com boas características de combustão. - Óleos lubrificantes de alto índice de viscosidade, elevada estabilidade química e alto ponto de fluidez. - Resíduos de refinação com elevada percentagem de parafina. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 7  CLASSE PARAFÍNICO-NAFTÊNICA (50 – 70% parafinas, >20% de naftênicos) Os óleos desta classe são os que apresentam densidade e viscosidade maiores do que os parafínicos, mas ainda são moderados. A maioria dos petróleos produzidos na Bacia de Campos, RJ, é deste tipo.  CLASSE NAFTÊNICA (>70% de naftênicos) Nesta classe enquadra-se um número muito pequeno de óleos. Apresentam baixo teor de enxofre se originam da alteração bioquímica de óleos parafínicos e parafínico-naftênicos. Alguns óleos da América do Sul, da Rússia e do Mar do Norte pertencem a esta classe. O petróleo do tipo naftênico produz subprodutos com as seguintes propriedades principais: - Gasolina de alto índice de octonagem. - Óleos lubrificantes de baixo resíduo de carbono. - Resíduos asfálticos na refinação.  CLASSE AROMÁTICA INTERMEDIÁRIA (>50% de hidrocarbonetos a aromáticos) Compreende óleos freqüentemente pesados, contendo uma densidade usualmente é maior que 0,85. Alguns óleos do Oriente Médio (Arábia Saudita, Catar, Kuwait, Iraque, Síria e Turquia), África Ocidental, Venezuela, Califórnia e Mediterrâneo (Sicília, Espanha e Grécia) são desta classe.  CLASSE AROMÁTICO-NAFTÊNICA (>35% de naftênicos) Óleos deste grupo sofreram processo inicial de biodegradação, no qual foram removidas as parafinas. Eles são derivados dos óleos parafínicos e parafínico-naftênicos. Alguns óleos da África Ocidental são deste tipo.  CLASSE AROMÁTICO-ASFÁLTICA (>35% de asfaltenos e resinas) Estes óleos são oriundos de um processo de biodegradação avançada em que ocorreria a reunião de monocicloalcenos e oxidação. Podem também nela se enquadrar alguns poucos óleos verdadeiramente aromáticos não degradados da Venezuela e África Ocidental. Entretanto, ela compreende principalmente óleos pesados e viscosos, resultantes da alteração dos óleos aromáticos intermediários. Nesta classe encontra-se os óleos do Canadá ocidental, Venezuela e sul da França. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 10 máquinas de guerra. Também no pós-guerra a procura se intensificou e, à medida que um novo quadro geopolítico se desenhava, alguns fatos pertinentes à indústria do petróleo se desenvolviam. Em 1950 o Oriente Médio tem um desenvolvimento notável em sua produção, e outros resultados importantes forma registrados no Norte da África, no Canadá e na Nigéria. Não obstante, os Estados Unidos continuam detendo metade da produção mundial, condição francamente ameaçada pelos novos pólos surgentes. Em paralelo, começa também o maior incremento das atividades exploratórias e o advento de novas tecnologias, permitindo cada vez mais experiências no mar. Neste período de franca expansão destas atividades, os países começaram a se preocupar com a regulação das mesmas, a fim de defender seus interesses e garantir a divisão dos lucros obtidos pelas companhias multinacionais. Alguns adotaram um sistema de concessão de áreas limitadas, como a Venezuela e Canadá, enquanto outros permitiram a exploração indiscriminada de seus recursos em troca de valores predeterminados, pagamento de royalties, emprego de mão-de- obra local, etc. A maioria dos países em desenvolvimento seguiu a política adotada pela Venezuela, gradativamente as empresas foram vendo diminuir suas regalias sendo obrigadas a aceitar o pacto dos cinqüenta mais cinqüenta, que tornava os estados-nacionais sócios iguais delas. A década de 60 é marcada por dois fatos principais, que terão reflexo futuro. O primeiro diz respeito ao consumo desenfreado do petróleo, em virtude do excesso na produção mundial e conseqüente diminuição dos preços do mercado. O segundo foi a fundação da OPEP (Organização dos Países Exportadores de Petróleo), por iniciativa da Venezuela, Arábia Saudita, Kuwait, Iraque e Irã, representando 80% da exportação mundial de petróleo. Tais fatos contribuíram para a primeira crise do setor, quando, em 1972, o Clube de Cientistas de Roma alertou o mundo para um déficit que poderia ocorrer em uma década, em função da projeção produção x demanda, e do consumo sem critério, levando à estimativa de que o petróleo acabaria em 50 anos, caso tal situação permanecesse. Foi o suficiente para que a OPEP reduzisse sua produção, embargasse as exportações e triplicasse os preços do barril de petróleo (de U$ 2,9 para U$ 11,65). No plano político a justificativa aduzida foi em função do apoio que os americanos deram aos israelenses na guerra do Yon-Kippur contra os árabes, sendo a formação do cartel uma UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 11 forma de represália. Essa crise assinala uma mudança substancial dos conflitos. Agora não se trata mais de um enfrentamento entre estados-nacionais e companhias multinacionais, mas entre países produtores e consumidores. Mais a diante, em 1979, outra crise mundial abalou o mercado, ficando conhecida como o segundo grande choque do petróleo: foi a revolução Islâmica no Irã, um dos maiores exportadores de petróleo. Este momento foi marcado por interesses políticos, cujos objetivos, além de depor do poder o Xá Reza Phalevi (aliado do Ocidente no mundo árabe) e promover o aiatolá Khomeini, eram de duplicar o preço do barril de petróleo. A crise do Golfo Depois de ter-se envolvido numa desgastante guerra de fronteiras com o Irã, o ditador iraquiano Saddam Hussein resolveu atacar, em 1990, o emirado do Kuwait, um dos maiores produtores de petróleo do mundo. Saddam o transformou na 19ª província da República Iraquiana. Tinha início mais uma crise do petróleo do após-Guerra. O Kuwait era considerado fornecedor estratégico pelos Estados Unidos, fazendo com que os americanos temessem que Saddam Hussein pudesse açambarcar o controle de metade do fornecimento do petróleo na região. Igualmente receavam que ele pudesse alastrar-se para a Arábia Saudita. Em 1991, com o apoio da ONU, liderando uma força multinacional (composta por ingleses, franceses, italianos e outros países árabes), os Estados Unidos reconquistaram o emirado e expulsou as tropas iraquianas de volta para suas fronteiras. Ao bater em retirada os iraquianos incendiaram todos os poços de extração provocando uma das maiores catástrofes ecológicas do mundo, fazendo com que grande parte da vida animal do Golfo Pérsico fosse destruída. As principais crises do petróleo - todas elas depois da 2ª Guerra Mundial - que abalaram de algum modo a economia mundial por terem interrompido o fluxo do seu fornecimento, mostraram um cruzamento de conflitos. Podemos dividi-los em dois tipos: 1) Os primeiros conflitos que ocorreram entre os estados-nacionais em formação no mundo árabe e as grandes empresas multinacionais euro-americanas visando diretamente o controle do processo produtivo e distributivo. Tratou-se de uma luta em torno do dinheiro e do poder. 2) As crises de segundo tipo deram-se numa etapa posterior, envolvendo os países produtores e os países consumidores. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 12 A História do Petróleo no Brasil A história do petróleo no Brasil começa em 1858, onde o decreto n° 2266 assinado pelo Marquês de Olinda, concede a José Barros Pimentel o direito de extrair mineral betuminoso para fabricação de querosene de iluminação, em terrenos situados nas margens do Rio Marau, na Província da Bahia. Contudo, as primeiras notícias sobre pesquisas diretamente relacionadas ao petróleo ocorrem em Alagoas a partir de 1891, em função da existência de sedimentos betuminosos no litoral. Em 1897, o fazendeiro Eugênio Ferreira de Camargo perfurou, na região de Bofete (SP), o que foi considerado o primeiro poço petrolífero do país, muito embora a iniciativa não foi coroada de êxito, visto que o poço produziu apenas algo em torno de dois barris, além de água sulfurosa. Além das iniciativas particulares, em 1919 foi criado o Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil, que perfura, sem sucesso, 63 poços nos estados do Pará, Alagoas, Bahia, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Em 1938, já sob a jurisdição do recém-criado Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), inicia-se a perfuração do poço DNPM-163, em Lobato, Bahia. O poço foi perfurado com uma sonda rotativa e encontrou petróleo a uma profundidade de 210 metros. Apesar de não ser considerado economicamente viável, os resultados do poço foram de fundamental importância para o desenvolvimento das atividades petrolíferas no país. O êxito obtido em Lobato reforçou a necessidade do país diminuir a dependência em relação às importações de petróleo. Conseqüentemente, em 1939 o governo de Getúlio Vargas instala o Conselho Nacional do Petróleo (CNP), com a primeira Lei do Petróleo do país, para estruturar e regularizar as atividades envolvidas, desde o processo de exploração de jazidas, importação, exportação, transporte, distribuição e comércio de petróleo e derivados. Este decreto tornou o recurso patrimônio da União. A descoberta de petróleo em Lobato (1939) incentivou o CNP a continuar as pesquisas naquela região do Recôncavo Baiano, resultando na descoberta da primeira acumulação comercial de petróleo do país, o Campo de Candeias, em 1941. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 15 CAPÍTULO III – A INDÚSTRIA DO PETRÓLEO A localização, produção, transporte, processamento e distribuição dos hidrocarbonetos existentes nos poros e canais de uma rocha reservatório, que pertence a um determinado campo petrolífero, estabelecem os cinco segmentos básicos da indústria do petróleo: Exploração: A reconstrução da história geológica de uma área, através da observação de rochas e formações rochosas, determina a probabilidade da ocorrência de rochas reservatório. A utilização de medições gravimétricas, magnéticas e sísmicas permitem o mapeamento das estruturas rochosas e composições do subsolo. A definição do local com maior probabilidade de um acúmulo de óleo e gás é baseada na sinergia entre a Geologia, a Geofísica e a Geoquímica, destacando-se a área de Geo-Engenharia de Reservatórios. Explotação: A fase explotatória do campo petrolífero engloba as técnicas de desenvolvimento e produção da reserva comprovada de petróleo de um campo petrolífero. Exploração e Explotação O termo exploração, em geologia, relaciona-se à fase de prospecção: busca e reconhecimento da ocorrência dos recursos naturais, e estudos para determinar se os depósitos têm valor econômico. A explotação é a retirada do recurso com máquinas adequadas, para fins de beneficiamento, transformação e utilização. Transporte: Pelo fato dos campos petrolíferos não serem localizados, necessariamente, próximos dos terminais e refinaria de óleo e gás, é necessário o transporte da produção através de embarcações, caminhões, vagões, ou tubulações (oleodutos e gasodutos). Processamento e Refino: Apesar da separação da água, óleo, gás e sólidos produzidos, ocorrer em estações ou na própria unidade de produção, é necessário o processamento e refino da mistura de hidrocarbonetos proveniente da rocha reservatório, para a obtenção dos componentes que serão utilizados nas mais diversas aplicações (combustíveis, lubrificantes, plásticos, fertilizantes, medicamentos, tintas, tecidos...) UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 16 Distribuição: Os produtos finais das estações e refinarias (gás natural, gás residual, GLP, gasolina, nafta, querosene, lubrificantes, resíduos pesados e outros destilados) são comercializados com as distribuidoras, que se encarregarão de oferecê-los, na sua forma original ou aditivada, ao consumidor final. A Engenharia de Petróleo A Engenharia de Petróleo envolve o desenvolvimento das acumulações de óleo e gás descobertas durante a fase de exploração de um campo petrolífero, sendo associada, primordialmente, à área de explotação. Apesar de sua característica marcante, a multidisciplinaridade, a Engenharia de Petróleo pode ser dividida em quatro áreas básicas de atuação: Reservatórios Engloba as seguintes atividades:  Determinação das propriedades petrofísica das rochas reservatório e das propriedades dos fluidos da formação produtora de óleo e gás;  Estimativa da reserva;  Acompanhamento, planejamento e desenvolvimento de campos;  Interpretação de resultados de testes de pressão;  Simulação e previsão de comportamento de reservatórios de óleo e gás;  Métodos de recuperação. Perfuração Contempla as atividades relacionadas ao projeto e perfuração propriamente dita do poço que faz a comunicação do reservatório com a superfície. O projeto do poço determina as várias fases de perfuração, envolvendo a seleção da técnica apropriada (para a perfuração, cimentação e revestimento do poço), do tipo de sonda, da unidade de perfuração, dos vários equipamentos (brocas, colunas de perfuração e revestimento, ferramentas de monitoração e controle de trajetória do poço, ferramentas de perfilagem...) e dos fluidos de perfuração. No projeto e execução do poço são considerados os fatores econômicos e, principalmente, os aspectos de segurança inerentes à operação. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 17 Completação Trata da preparação do poço para a produção, envolvendo técnicas de isolamento das zonas produtoras e testes de vazão e pressão do poço. Dependendo-se do potencial produtor do reservatório, vinculado às propriedades petrofísicas da rocha e das propriedades dos fluidos do reservatório, há necessidade da utilização de técnicas de estimação química (acidificação), mecânica (fraturamento hidráulico) ou químico-mecânica, para se aumentar a produtividade do poço. Produção Envolve o projeto, monitoração e garantia do fluxo de óleo/gás, do reservatório até a superfície, na planta de superfície, e o envio para os sistemas externos de transporte, ou armazenagem. Na linha de produção, são estudadas as propriedades de fluidos e comportamento de fases, fluxo de óleo e/ou gás no reservatório, escoamento multifásico no poço e nos dutos de produção, instalações de produção terrestres e marítimas, separação de óleo, gás e água, métodos de elevação artificial (bombeio de petróleo no caso de poços sem surgência natural), automação e controle de processos, sistemática de projeto de desenvolvimento de campo e gestão de produção. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 20 Magnetometria: A prospecção magnética para petróleo tem como objetivo medir pequenas variações na intensidade do campo magnético terrestre, conseqüência da distribuição irregular de rochas magnetizadas em subsuperfície. Nos levantamentos aeromagnéticos as medidas obtidas pelos magnetômetros dependem de vários fatores, dos quais se destacam: latitude, altitude de vôo ou elevação, direção de vôo, variações diurnas e presença localizada de rochas com diferentes susceptibilidades magnéticas. As rochas sedimentares apresentam, em geral, valores de susceptibilidade magnética muito baixos. Da mesma forma como os mapas Bouguer, os mapas magnéticos obtidos após as devidas correções das medidas de campo podem apresentar interpretações ambíguas e devem ser utilizados em conjunto com outros métodos. O exame cuidadoso destes mapas pode fornecer estimativas da profundidade do embasamento e presença de rochas reservatórios. Métodos Sísmicos Sísmica de refração: O método sísmico de refração registra somente ondas refratadas com ângulo crítico e tem grande aplicação na área de sismologia*. Foi através deste método que a estrutura interior da Terra foi desvendada. Na área de petróleo sua aplicação é bastante restrita atualmente, muito embora este método tenha sido largamente utilizado na década de 1950 como apoio e refinamento dos resultados obtidos pelos métodos potenciais. *Parte da geologia e da geofísica que se dedica a estudar e prever os terremotos e as ondas sísmicas artificiais e, associadamente, determinar a estrutura da Terra. Sísmica de reflexão: O método sísmico de reflexão é o método de exploração mais utilizado atualmente na indústria do petróleo, destaca-se pelo alto grau de eficiência, a um custo relativamente baixo. Mais UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 21 de 90% dos investimentos em prospecção são aplicados em sísmica de reflexão. Por este método obtém-se excelente definição da formação geológica da subsuperfície, permitindo a análise da probabilidade do acúmulo de hidrocarbonetos. O levantamento sísmico baseia-se nas reflexões de ondas elásticas geradas artificialmente, por exemplo, por explosões de cargas de dinamite ou de ar comprimido que se propagam pelo interior da Terra, onde são refletidas pelas interfaces das diversas formações rochosas. As reflexões são captadas por equipamentos especiais denominados geofones (para registros em terra) ou hidrofones (para registros no mar), os quais convertem as vibrações mecânicas em oscilações elétricas que são transmitidas e registradas nos sismógrafos. A sísmica convencional é chamada 2D (duas dimensões). Já a sísmica tridimensional, 3D, permite uma melhor definição, pois determina a imagem tridimensional das feições geológicas de subsuperfície. O avanço tecnológico já permite a utilização de sísmica 4D, em que a quarta dimensão é representada pelo fator tempo. Trata-se da repetição da sísmica 3D em intervalos periódicos (entre 6 a 12 meses), com o objetivo de monitorar a movimentação de fluidos (extração, injeção de água, etc.) num campo de petróleo, sendo por isso mais empregada num campo em produção, onde a extração continuada acaba por acarretar queda de pressão no reservatório. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 22 CAPÍTULO VII – A PERFURAÇÃO DOS POÇOS DE PETRÓLEO A perfuração de um poço de petróleo, em terra (onshore) ou no mar (offshore), é um trabalho contínuo e que só se conclui ao ser atingida a profundidade final programada pelos estudos geológicos. A perfuração é feita utilizando-se uma estrutura metálica, torre ou mastro, de 30 a 40 metros de altura, assim como de seus equipamentos auxiliares, tais como: bombas de lama; colunas de tubos e comandos; tanques de lama, de diesel, de cimento, etc; e outros mais. A torre ou mastro tem a finalidade de sustentar a tubulação vertical, em cuja extremidade é colocada uma broca, a qual irá perfurar as rochas da subsuperfície, através de rotação e peso sobre elas. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 25 A Coluna de Perfuração Esta é constituída de tubos de aço, tendo em uma de suas extremidades (tool-joints) uma caixa e na outra um pino rosqueado, que permitem que sejam conectados uns aos outros, constituindo assim a coluna de perfuração. Abaixo destes tubos são colocados os Comandos, também conhecidos em inglês por drill collars, que são tubos de aço de peso elevado e que têm por finalidade dar peso sobre a broca de perfuração. Entre os tubos e os comandos são empregados pequenos tubos para fazer a transmissão entre os tubos e os comandos, face terem diferentes tipos de roscas, são chamados subs. Nas colunas de perfuração ainda são empregados outros tipos de tubos menores e que dependem do tipo de perfuração e das necessidades do poço, a saber:  Estabilizadores: são tubos que possuem em seu corpo lâminas de tungstênio soldadas, ou camisas acopladas, para evitar o contato dos comandos com a parede do poço, ou para evitarem que este incline durante a perfuração;  Amortecedores de choque: são tubos especiais que minimizam as vibrações e impactos sobre a broca e coluna;  Percussores: que são utilizados para dar pancadas na coluna de perfuração, quando ocorrem prisões da coluna;  Tubos de perfuração pesados (hevi-wate drill pipes): que são tubos de perfuração mais pesados que os normais, mas menos pesados que os comandos. Detalhe de um tool-joints UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 26 As Brocas de Perfuração Há uma grande variedade de brocas de perfuração e de seus fabricantes. Elas são manufaturadas para cada tipo de formação e para todos os diâmetros de poços. As brocas de perfuração são classificadas quanto à sua dureza e fabricadas para perfurar formações moles, médias, duras e para toda a variedade de formações intermediárias entre estas. O princípio fundamental do trabalho das brocas, para perfurar as formações, é o de raspagem ou de trituramento do fundo do poço, e para isso são empregados lâminas ou dentes, que podem ser de aço ou de pastilhas de tungstênio. Além disso, elas possuem canais dentro de sua estrutura, ligados em peças de tungstênio, especialmente manufaturadas, chamadas de jatos – para conduzir a lama de perfuração, que incidirá sobre o fundo do poço, com enorme impacto, o que auxiliará a perfuração e arrastará os cascalhos para a superfície, mantendo o fundo limpo. Como as brocas de perfuração são um dos itens mais onerosos na perfuração de um poço de petróleo, torna-se necessário o estudo muito cuidadoso, para a otimização de sua utilização, a fim de serem empregadas em menor número possível e com máximo rendimento. Além disso, é calculada a melhor hidráulica para os jatos da broca, otimizando o seu impacto sobre as formações, bem como produzindo o melhor arraste dos cascalhos, com isto, varia-se o diâmetro destes jatos, para que sejam obtidos os melhores resultados possíveis. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 27 Os Fluidos (Lama) de Perfuração Os fluidos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquidos, produtos químicos e, por vezes, até gases. Do ponto de vista químico, eles podem assumir aspectos de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, dependendo do estado físico dos componentes. Os fluidos de perfuração devem ser especificados de forma a garantir uma perfuração rápida e segura. Assim, é desejável que o fluido apresente as seguintes características:  Ser estável quimicamente;  Estabilizar as paredes do poço, mecânica e quimicamente;  Facilitar a separação dos cascalhos na superfície;  Manter os sólidos em suspensão quando estiver em repouso;  Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras;  Aceitar qualquer tratamento, físico e químico;  Ser bombeável;  Apresentar baixo grau de corrosão e de abrasão em relação à coluna de perfuração e demais equipamentos do sistema de circulação;  Facilitar as interpretações geológicas do material retirado do poço;e  Apresentar custo compatível com a operação. Os fluidos de perfuração possuem, basicamente, as seguintes funções:  Limpar o fundo do poço dos cascalhos gerados pela broca e transportá-los até a superfície;  Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar o influxo de fluidos indesejáveis e estabilizar as paredes do poço;  Resfriar e lubrificar a coluna de perfuração e a broca. Sistemas Auxiliares Preventor de Erupções: (Blowout preventer – B.O.P.): É um conjunto de válvulas utilizado para evitar que erupções de gás, óleo, água ou outros fluidos venham a chegar na superfície. Quando uma ameaça (kick) ou mesmo uma erupção (bowout) destes fluidos ocorre, estes equipamentos são acionados para fechar o poço e desviar estes fluxos para o tanque de lama. O conjunto é constituído por uma série de válvulas de alta pressão, colocadas uma em cima da outra e fixadas por parafusos. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 30 Além da proteção das paredes, são estas as principais funções da coluna de revestimento:  Não permitir a perde de fluido de perfuração para as formações.  Permitir o retorno do fluido de perfuração à superfície, para o devido tratamento.  Evitar a contaminação da água de possíveis lençóis freáticos.  Dar suporte para os equipamentos de cabeça do poço etc. 3) Cimentação de Revestimento Uma vez instalada a coluna de revestimento do poço, o espaço anular entre a coluna e a parede do poço é cimentado (preenchido com uma mistura cimento/água), visando uma melhor fixação da coluna e isolamento das zonas porosas e permeáveis atravessadas pelo poço. Esta operação é feita por tubos condutores auxiliares, sendo que no revestimento de superfície toda a extensão é cimentada e, nos demais, normalmente só a parte inferior, ou intervalos predefinidos. 4) Testemunhagem de Poço A testemunhagem consiste na obtenção de uma amostra da formação rochosa de subsuperfície, o testemunho, cuja finalidade é analisar informações úteis e pertinentes à avaliação do poço, à equipe de engenharia de reservatórios, aos geólogos etc. A operação é realizada com uma broca vazada e dois barriletes, um externo que gira com a coluna, e outro interno, que aloja o testemunho. À que a broca avança o cilindro, vai se alojando no interior no interior do barrilete interno durante a perfuração. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 31 5) Completação de Poços e Petróleo Após a perfuração de um poço vem a fase da completação, que consiste numa série de operações que têm por objetivo permitir a produção econômica e segura de hidrocarbonetos, bem como injetar fluidos no reservatório quando necessário. Entre as operações destacam-se a descida do revestimento de produção, com o posterior “canhoneio” (utilização de uma carga explosiva que rompe o revestimento e coloca o reservatório produtor em comunicação com o poço) e a instalação da cabeça de poço. O Canhoneio A última coluna de revestimento, a de produção, é canhoneada, isto é, perfurada horizontalmente, por certo tipo de cargas explosivas, bem em frente à formação produtora, de modo a permitir que o petróleo possa atravessar a pasta de cimento existente em volta do revestimento, assim como as suas paredes metálicas, e chegar ao interior do poço, para ser produzido. A figura acima mostra o resultado de disparos para canhoneio da formação produtora. Na prática, vários disparos podem ser necessários e recomendáveis, com o fim de abranger toda a espessura produtora. Por dentro do revestimento de produção se desce a coluna de produção, um tubo de pequeno diâmetro, da ordem de 3 polegadas, por onde se produz o petróleo. A produção pode ser natural ou artificial, isto é, bombeio ou injeção de gás no poço. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 32 Os Equipamentos de Cabeça de Poço Em sua parte superior, o poço recebe equipamento chamado cabeça de poço, com configurações diferentes, conforme se esteja perfurando ou produzindo através do poço. Este equipamento tem como função primordial a vedação das colunas de revestimento, bem como servir de ancoragem para as mesmas. Durante a produção, instala-se sobre a cabeça de poço um conjunto de válvulas chamado de árvore de natal, com dispositivos de segurança e controle de produção, além de vários outros itens possíveis. No caso de completação de poços em terra, a árvore de natal fica na superfície. No caso de completação de poço de mar, tais equipamentos são bem mais complexos, podendo estar alocados na superfície (na plataforma) ou na água (submarina); as submarinas podem ser do tipo árvore de natal seca, em cápsula, (protegida da água e da pressão atmosférica) ou molhada (exposta à água). Esquema de uma Árvore de Natal Molhada UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 35 As plataformas fixas foram as primeiras a serem utilizadas, mas têm como limitante a utilização em lâmina d’água em até 450 metros. Devido ao custo elevado, compreendido entre projeto, montagem e instalação, sua aplicação é restrita a campos que já tiveram sua exploração comercial comprovada. As plataformas fixas podem ser do tipo:  Jaquetas;  Estruturas de gravidade; ou  Torres de Complacentes. Torres Complacentes Jaquetas Estruturas de Gravidade UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 36 As plataformas fixas apresentam todas as utilidades necessárias ao seu bom funcionamento, como equipamentos para perfuração e produção, alojamento etc.  Plataformas Submersíveis Neste tipo de plataforma, a estrutura e todos os equipamentos estão sobre um flutuador, que se desloca com auxílio de rebocadores. Ao chegar no local, a plataforma é lastreada até seu casco inferior se apoiar no fundo, em geral macio e pouco acidentado. A sua aplicação é restrita a águas rasas e calmas, pois sua limitação é justamente quanto à lâmina d’água, proporcional à altura do casco inferior.  Plataformas Auto-Eleváveis As plataformas auto-eleváveis (PAs) são constituídas, basicamente, de um balsa equipada com estruturas de apoio, ou pernas, que acionadas mecânica ou hidraulicamente movimentam-se para baixo até atingirem o fundo do mar. Em seguida, inicia-se a elevação da plataforma acima do nível da água, a uma altura segura e fora da ação das ondas. São plataformas móveis, sendo transportadas por rebocadores ou propulsão própria, destinadas à perfuração de poços exploratórios na plataforma continental, em lâmina d’água que variam de 5 a 130 metros. Devido à estabilidade desta unidade, as porções de perfuração são semelhantes às realizadas em terra. Os revestimentos são assentados no fundo do mar e estendidos até a superfície, abaixo da As Plataformas Fixas no Brasil: Primeira Plataforma Fixa: PGA-1, Instalada em 1969 em SE – LDA 26 m Atualmente existem 81 plataformas fixas de aço e 3 de concreto. UNISUAM Raquel G. Gonçalves Introdução à Engenharia de Petróleo 37 subestrutura. Aí é conectado o equipamento de segurança e controle de poço (ESCP), que é similar ao utilizado em terra. Estatisticamente, este é o tipo de unidade de perfuração marítima que tem sofrido maior número de acidentes. As operações de elevação e abaixamento são críticas e sofrem bastante influência das condições de tempo e mar. Nos deslocamentos apresentam dificuldades quanto ao reboque e, para grandes movimentações, devem ser retiradas seções das pernas para melhorar sua estabilidade.  Plataformas Flutuantes As plataformas flutuantes podem ser semi-submerssíveis ou navios-sonda. As primeiras são compostas, basicamente, de uma estrutura com um ou mais conveses, apoiada por colunas em flutuadores. Os navios- sonda forma inicialmente adaptados, mas hoje são projetadas especialmente para a perfuração. Uma unidade flutuante sofre movimentação devido à ação das ondas, correntes e ventos, com, possibilidade de danificar os equipamentos a serem descidos no poço. Assim é, necessário que ela fique posicionada na superfície do mar, dentro de um círculo a ser executada e lâmina d’água. Dois tipos de sistemas são responsáveis pelo posicionamento dinâmico. Semi-submersível Navios-sonda (FPSO)