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Curso: Engenharia Mecnica

Disciplina: Fundamentos Engenharia doPetrleo

Profa. Dra. Lilian Rodrigues Avila

E-mail:[email protected]

Campos dos Goytacazes - RJ
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

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Fundamentos da Engenharia do

Petrleo2. O Petrleo

a) Origem e Explorao do Petrleo e Gs Natural (Explorao,

perfurao, produo e definio)

b) Propriedades do Petrleo atravs da caracterizao(Densidade e outros meios de caracterizao)

c) Transformaes do Petrleo em Produtos (Processos de

Separao do Petrleo, Processos de Transformao doPetrleo e Processos de Acabamento do Petrleo)(SEMINRIOS de 30 MINUTOS GRUPOS COM 4 ou 5PESSOAS)

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A idade do nosso planeta, a Terra, calculada em bilhes de anos. Durante esse

perodo, aconteceram grandes e inmeros fenmenos, como erupes vulcnicas,

deslocamento dos plos, separao dos continentes, movimentao dos oceanos,

ao dos rios e acomodao da crosta terrestre.Com isso, grandes quantidades derestos vegetais e animais se depositaram no fundo dos mares e lagos, sendo

soterrados pelos movimentos da crosta terrestre sob a presso das camadas de

rochas e pela ao do calor. Esses restos orgnicos foram se decompondo at se

transformarem em Petrleo.Aos detritos de rochas, resultantes da eroso da crosta

terrestre pela ao da natureza, d-se o nome de sedimentos.

Por longo tempo,os sedimentos foram se acumulando em camadas, dando origem

s rochas sedimentares. As diversas camadas dessas rochas formam as bacias

sedimentares.Essas bacias cobrem vasta rea do territrio brasileiro, em terra e no

mar.

Origem do petrleo e do gs natural

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O petrleo e o gs naturalse formam a partir dadecomposio da matria orgnica:restos de plantas e de animais que morreram.Os processos de eroso ao longo dotempo levaram esses restos biolgicos rio abaixo e sobre as linhas de contorno da

costa, onde foram depositados junto com lama e lodo. Com o passar do tempo foramcobertos, aumentando a quantidade de sedimentos. Gradativamente a matriaorgnica decompostafoi sendocomprimida pelo peso das camadas sedimentares.Mais tarde,esse materialque originalmentecontinha os restos biolgicos se tornourocha sedimentar. Hoje, essas rochas sedimentares, como o arenito, o xisto e adolomita, esto freqentemente presentes nos depsitos de petrleo. As jazidasmais novas tm cerca de 10 milhes de anos, enquanto as mais antigas possuem

cerca de 400 milhes de anos.

Origens do Petrleo - Restos Orgnicos

(Plantas, Animais)

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A existncia de acumulaes de Petrleo depende das caractersticas e do arranjo

de certos tipos de rochas sedimentares no subsolo. Basicamente, preciso que

existamrochas geradorasque contenham a matria-prima que se transforma em

Petrleo erochas de reservatrio, ou seja, aquelas que possuem espaos vazios,chamados poros, capazes de armazenar o Petrleo. Essas rochas de reservatrios

so envolvidas em armadilhas chamadas trapas, compartimentos isolados no

subsolo onde o Petrleo se acumula e de onde no tem condies de escapar. A

ausncia de qualquer um desses elementos impossibilita a existncia de uma

acumulao petrolfera. Logo, a existncia de uma bacia sedimentar no garante,

por si s, a presena de jazidas de Petrleo. A jazida , ento, uma rocha cujosporos so ocupados pelo Petrleo. No entanto, isso no significa que toda rocha

sedimentar contenha uma jazida.


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Nessas rochas sedimentares, eventualmente, os materiais orgnicostransformaram-se em produtos de petrleo devido intensa presso e calornas formaes da rocha e tambm devido presena de bactrias anaerbias(que se desenvolvem na ausncia de ar). Denominam-se rochas geradorasaquelas que so capazes, potencialmente, de ter permitido a gerao de

petrleo, no s pela sua constituio, idade geolgica, espessura e extensodas camadas, como tambm pelo ambiente onde se formou o contedoorgnico.


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O leo e o gs gerados nessas rochas sedimentares migram pelos poros para a

superfcie da terra, devido presso qual esto submetidos. Freqentemente,

porm, os produtos de petrleo nunca vo at a superfcie de forma natural. Muitas

vezes eles so aprisionados embaixo da superfcie por camadas de rochasimpermeveis, chamadas formaes capeadoras, que se formaram e se encontram

sobre a rocha sedimentar que produziu os produtos de petrleo. Isto ocorrendo, o

petrleo se armazena em verdadeiros bolses dentro do subsolo, que so

conhecidos portrapasouarmadilhas.

Rochas de

reservatrios

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A camada que retm o gs e o leo chamada de reservatrio.O gs e oleo se movimentam para cima pelas camadas permeveis de rocha,deslocando assim a gua do mar que, eventualmente, tambm foi retida aolongo do tempo pelas camadas de rocha sedimentar. Quando o leo e ogs alcanam uma camada de rocha impermevel, cessa seu movimentoascendente e eles se separam um do outro.


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Uma rocha de reservatrio, de uma maneira geral composta de grosligados uns aos outros por um material, que recebe o nome de cimento.

Tambm existe entre os gros outro material muito fino chamado matriz.O volume total de uma rocha de reservatrio a soma dos volumes dosmateriais slidos (gros, matriz, cimento) e do volume dos espaosvazios existentes entre eles. O volume dos espaos vazios tambm chamado de volume de poro.Portanto, a porosidade de uma rocha definida por:

= Vp/ Vt


Rochas de

reservatrios

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Curiosidades:

Em determinadas zonas sedimentares da Terra algumas condies se mostraram

verdadeiramente favorveis formao de petrleo. As mais ricas nesse produto

orgnico localizam-se no Oriente Mdio, nas proximidades do mar Mediterrneo,no golfo Prsico, e nos mares Vermelho, Cspio e Negro. A esto os ricos

depsitos de petrleo e gs do Ir, Iraque, da Arbia Saudita e do Kuwait. Este

ltimo, um dos menores pases do mundo, com uma rea de 17.818 km2, est

localizado praticamente sobre um campo de petrleo.

Brasil: 12,712 milhes de quilmetros quadrados


O petrleo uma das principais fonte de energias do mundo. No h tecnologia capazde cri-lo ou invent-lo. Portanto, um bem estratgico, de importncia vital para aeconomia dos pases.O Petrleo e o Gs representam 52% de toda a energia consumidano mundo e so fundamentais para o desenvolvimento dos pases. Porm, nem todostm reservas suficientes para seu prprio consumo. Por esse motivo, eles precisamprocurar Petrleo em outros pases, como o Brasil, por exemplo, detentor de grandesreservas na Bacia de Campos (RJ) , que, somadas s demais, lhe garantem quase 20vezes o seu consumo anual de Petrleo.

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Explorao do petrleo e do gs natural

Um dos avanos tecnolgicos mais extraordinrios e efetivos que auxiliam ogelogo a encontrar depsitos de gs asismologia. Sismologia o estudo

do movimento do som, ou ondas ssmicas, pela crosta da Terra. Foi utilizadoinicialmente para estudar os terremotos, porm tambm demonstrou ser umaferramenta inestimvel para que se estude as mais baixas camadas da crostada Terra sem perfur-las de fato.

Alm da sismologia, os gelogos contam com informaes relativas s pro-

priedades magnticas das rochas, as quais so obtidas com o uso de umdispositivo conhecido como magnetmetro. Esse dispositivo mede mudanaspequenas no campo magntico da Terra, no nvel da superfcie, indicando otipo de formao da rocha presente no subsolo.

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No entanto, mesmo com todos os avanos tecnolgicos, a nica maneira

de assegurar que o gs e o leo sero encontrados perfurando o solo.Porm, atualmente, as companhias de explorao realizam o mximo depesquisa possvel antes de perfurar, uma vez que os custos associadoscom a perfurao so altos, e muito dinheiro pode ser perdido quando ospoos resultam secos.

Explorao do petrleo e do gs natural

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Perfurao do petrleo e do gs natural

Uma vez determinado o local e o tamanho do reservatrio (se raso ouprofundo), determinado o equipamento adequado para perfurar o poo.A natureza da formao da rocha que deve ser perfurada tambm um

fator determinante do tipo de equipamento de perfurao a ser escolhidopara o poo. Na superfcie, um sistema complexo de tubos, cabos,mquinas, mecanismos de apoio, equipamento de lubrificao e talhascontrola a rotao da pea debaixo da superfcie, e tambm mantm apea lubrificada, retirando o material escavado.

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Debaixo da superfcie, a broca presa a um longo tubo. Seu trabalho quebrar o fundo da rocha ou da terra para permitir que o poo possaprogredir mais profundamente na crosta. Na perfurao de poos

profundos com diferentes camadas de rocha, vrios tipos de brocaspodem ser usadas em um nico poo. A diferena maior entre plataformade perfurao terrestre (onshore) e martima (offshore) a base onde asonda colocada. O primeiro passo para perfurar um poo martimo estabelecer um mecanismo para prender a plataforma flutuante ao fundodo oceano, e ao mesmo tempo permitir suportar o balano e a oscilao

causados pelas ondas do mar.

Perfurao do petrleo e do gs natural

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Produo do petrleo e do gs natural

Uma vez a perfurao entrando em contato com uma formao de petrleo

produtiva, importante testar a formao para determinar o possvel lucro com

a extrao de gs e leo, bem como sua taxa de extrao.A informao que

precisa ser obtida inclui a profundidade, o tipo de formao, a relao entre gse leo, a viscosidade do leo e a perspectiva econmica global para o projeto.A

quantidade de lquido que se condensa na superfcie durante o processo de

produo classifica o gs natural como seco ou mido.

O gs seco no apresenta frao lquida nas condies de produo na

superfcie, enquanto que o gs mido apresenta uma frao de lquido

condensado. Essa caracterizao importante na especificao dos equipa-mentos de superfcie que vo explorar o poo.

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Produo primria: fase da produo feita com o uso de forasexclusivamente naturais mecanismos naturais de produo. Algunspoos apresentam presso interna suficiente para que o leo e o gspossam fluir livremente sem qualquer necessidade de bombeamentomecnico. Poos fluentes, que podem ser trabalhados apenas comforas naturais, s requerem (conjunto de vlvulas e tubos emanmetros) para produzir gs e leo. A maioria dos poos, porm,exige algum tipo de mtodo de aumento da presso para a extrao do

leo e gs presente nas formaes.

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Produo secundria: fase da produo de petrleo que se apia naaplicao de mtodos de elevao da presso para uma recuperaosecundria de um reservatrio. Exige profundos estudos tcnicos e

econmicos, com a finalidade de se verificar se o acrscimo na produoser ou no justificvel em proporo ao investimento. O mtodo deaumento da presso depende da profundidade do poo e de suacomplexidade. O mais comum a barra de bombeamento, que, operadapor uma bomba de superfcie, se move de cima para baixo, bombeandoleo e gs para fora do poo. A mquina mais comum utilizada a

cabeadecavalo,bomba ou viga convencional.


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Existem outros mtodos de produo tambm bastante aplicveis,que se baseiam na injeo de gua ou de gs natural para dentro do poo,

utilizando-se uma outra perfurao e fazendo com que a presso dentro dopoo se eleve.

Aps a extrao do leo e do gs, esses dois produtos devem serseparados. Para isso instalado, um equipamento chamado separadordeleo e gs, que nada mais do que umvaso de presso utilizado para

separara mistura produzida nos poos emseus componentes lquidos egasosos. Esses separadores consistem em um vaso metlico por onde amistura gs/leo entra pela parte superior, sofrendo um movimento ciclnicoque provoca a separao do gs e do lquido.O lquido ento acumulado nofundo do vaso, onde, por diferena de densidade, se separa da gua. Apsessa separao, o gs segue para as chamadas UPGN (Unidades deProcessamento de Gs Natural) atravs de gasodutos e o petrleo lquidopara as refinarias atravs de oleodutos ou navios petroleiros, onde serrefinado e craqueado, originando uma grande quantidade de hidrocarbonetospara uma infinidade de propsitos.


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Dependendo do local de extrao e segundo a formao geolgica, opetrleo bruto apresenta-se com vrios aspectos e constituies distintas.

Existem os petrleos leves, que so bastante fluidos e claros; outrospetrleos so pesados, muito viscosos e podem apresentar cor marrom,amarelo-esverdeado, verde-escuro e preto. Sua densidade pode variarentre 0,8 a 1,00 kg/L.Petrleos cidos ou acres so os que possuem elevada concentrao decompostos de enxofre e possuem um cheiro caracterstico e forte. O gs

sulfdrico o composto de enxofre que mais aparece no petrleo, e txico. Os petrleos que no possuem quantidades de enxofresignificativas so chamados de petrleos doces.

Definies:

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Petrleo:Do latim: petrae o leum:leodepedra.Todo e qualquer hidrocarboneto lquido em seu estado natural, a exemplo do

leo cru e condensado (ANP e Petrobras).

leo:Poro do petrleo existente na fase lquida nas condies originais doreservatrio e que permanece lquida nas condies de presso etemperatura de superfcie.

Gs Natural:Todo hidrocarboneto ou mistura de hidrocarbonetos que permanea emestado gasoso nas condies atmosfricas normais, extrado diretamente apartir de reservatrios petrolferos ou gaseferos.

Definies:

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A ASTM (American Society of Technical Materials) define o petrleo como:

Umamistura de ocorrncia natural, constituindo-se predominantementede hidrocarbonetos e derivados orgnicos sulfurados, nitrogenados eoxigenados, a qual pode ser removida da terra no estado lquido. Opetrleo bruto est comumente acompanhado por quantidades variveisde substncias estranhas, tais como gua, matria inorgnica e gases. A

remoo dessas substncias estranhas no modifica a condio demistura do petrleo cru. No entanto, se houver qualquer processo quealtere apreciavelmente a composio do leo, o produto resultante nopoder mais ser considerado como petrleo.

Definies:

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Essa anlise qumica da composio do petrleo mostra que ele constitudo essencialmente de substncias compostas por carbono ehidrognio, os hidrocarbonetos. As grandes diferenas nas propriedadesfsicas, portanto, so causadas pela diferena na proporo dehidrocarbonetos distintos existentes na constituio de cada petrleo.

Os diferentes tipos petrleo, apesar de apresentarem propriedadesfsicas distintas, variam muito pouco na composio elementar

percentual:

Definies:

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Caracterizao do Petrleo:

Os petrleos normalmente so classificados em trs bases:

Base parafnica:leos constitudos principalmente por hidrocarbonetos decadeia aberta. Fornecem bons leos lubrificantes, porm so bastantecerosos.

Base intermediria:leos que contm grandes quantidades de compostosparafnicos e naftnicos (compostos de cadeia fechada). Esse tipo depetrleo fornece leos lubrificantes, ceras e asfalto.

Base naftnica: leos com grande quantidade de compostos cclicos(naftnicos). Apresentam grande quantidade de asfalto.

A anlise qumica completa do petrleo para determinao do seu teor deparafinas e naftenos trabalhosa e cara, envolvendo bastante tempo deanlise. O mtodo que descreve com exatido a composio qumica dopetrleo normalmente a cromatografia.

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Todo petrleo em estado natural uma mistura complexa dehidrocarbonetos.

Outra classificao do Petrleo:

-Base Parafnica (90% de alcanos).Grau API maiorque 31,1.

-Base Naftnica (alcanos + 15 a 20% decicloanos).Grau API entre 22,3 e 31,1.-Base Aromtica (alcanos + 25 a 30% dearomticos). Grau API menor que 22,3.-Base Asfltica (Hidrocarbonetos de massa molarelevada). Grau API menor que 10.

Caracterizao do Petrleo:

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De forma a se ter uma idia bastante prxima do tipo de leo cru e evitar aanlise qumica completa, foram desenvolvidos outros meios para se

determinar a sua caracterstica. A densidade um desses meios e o maisutilizado para caracterizao do petrleo.

Na Indstria do Petrleo, costuma-se expressar a densidade em umaunidade especial, chamada de grau API (API), adotada em 1931 peloAmerican Petroleum Institute e definida como:

Caracterizao do Petrleo :

API = 141,5 131,15

d60/60F

d60/60= densidade relativa do petrleo a 60F.

C = (F 32) / 1,8

K = C + 273,15

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No Brasil, so utilizadas, simultaneamente, as escalasAPI e a densidadecom temperatura de referncia em 20C, e muitas vezes necessrio fazer

a converso de uma escala para outra. Para se diminuir a complexidadedeste clculo, foram desenvolvidas correlaes que relacionam as escalasd60/60com a escala d20/4. Uma vez conhecida a densidade na escala d60/60,determina-se a densidade emAPI.

Converso de d60/60para d20/4 :

se 0,644 < d60/60 < 0,934:

d20/4= - 0,0166 (d60/60)2 + 1,0311 (d60/60)0,0182

se 0,934 < d60/60

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Converso de d20/4 para d60/60:

se 0,639 < d20/4< 0,931:

d60/60= 0,0156 (d20/4)2 + 0,9706 (d20/4) + 0,0175

se 0,931 < d20/4< 1,055:

d60/60= 0,0638 (d20/4) 2 + 0,8769 (d20/4) + 0,0628

Quanto maior o grau API, maior o valor do produto no mercado. O grau API maior, quando o petrleo mais leve.


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Vrios fatores podem afetar o grau API:

A idade geolgica:As rochas antigas tendem ter maior graduao.

Profundidade do reservatrio: quanto maior a profundidade, maior agraduao.

Tectonismo:altas graduaes so mais comuns em regies com muitastenses nas camadas geolgicas.

Salinidade: os reservatrios de origem marinha tendem a ter maioresgraduaes do que os de origem de ambientes com gua salobra (

aquela que tem maissaisdissolvidos que agua docee menos que agua do mar) .

Teor de enxofre:este teor alto em leos de baixa graduao.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Salhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_docehttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_do_marhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_do_marhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_do_marhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_do_marhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_do_marhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_do_marhttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_docehttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_docehttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_docehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Sal

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Outros meios de caracterizao do Petrleo :

Podem tambm ser usados os pontos de ebulio mdios (PEM), queso calculados com base em uma curva de destilao do petrleo.

Dependendo da mistura, a vaporizao ocorre em uma faixa ampla detemperatura devido diversidade de componentes. Com o uso dospontos de ebulies mdios possvel, ento, caracterizar-se opetrleo de acordo com suas faixas de destilao.

Existe tambm a caracterizaodo baixo ponto de fluidez (BPF), que amenor temperatura na qual uma substncia ainda flui. Nos petrleosserve para sedeterminar a quantidade de parafinicidade do leo, umavez quemaiores valores de parafina levam a maiores valores de pontode fluidez.

Exerccios:

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Exerccios:

1) Um derivado de petrleo tem o API de 34,31. Calcule a densidade em d20/4.

2) Na plataforma P-53 foram encontradas diversas amostras de petrleo bruto cujoobjetivo era medir seu grau API para verificar o seu valor comercial. Numa das amostraso petrleo possua densidade (d60/60) de 0,987. Calcule o grau API deste leo eclassifique de acordo com American Petroleum Institute.

3)Foram enviadas amostras para o Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES), afimde verificar o grau API dos leos. Um dos leos possua densidade (d60/60) de 0,852 e ooutro 0,795. Calcule o grau API destes leos e classifique-os de acordo com American

Petroleum Institute. Qual o melhor leo?

4) Foram obtidas vrias amostras de leo a partir das Bacias de Campos-RJ (basenaftnica), Nordeste (base parafnica) e tambm bacia da frica (base aromtica) . Sabe-se que o grau API das mesmas so 25, 32 e 20, respectivamente. Calcule a densidade(d60/60) das trs diferentes bacias.

5) Uma amostragem de rocha proveniente de um poo de petrleo durante suaperfurao foi analisada, e ficou definido que seu volume total de 20 cm3, e seuvolume poroso de 10 cm3. Calcule o percentual de porosidade dessa rocha.

6)Uma rocha encontrada numa bacia sedimentar do estado da Bahia, possua umaporosidade de 30%. Sabendo-se que o volume total dessa rocha de 900cm3, calcule

seu volume poroso.

E i

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Exerccios:

7)Quais as etapas do processo de transformao da matria orgnica? Em qual etapapodemos encontrar o petrleo?

8)O que uma rocha geradora, rocha de reservatrio e rocha capeadora?9)Quais os fatores necessrios para que haja formao do petrleo?

10)O que a produo primria e a produo secundria? Quais outros mtodos deproduo, alm do primrio e do secundrio, que tambm so aplicveis?

11)Porque o petrleo rico em carbono?

12) Antes da perfurao, o que deve ser feito?

13)Como funciona um separador de leo e gs?

14)O que significapetrleo acreepetrleo doce?

15)Quais os fatores que podem afetar o grau API (American Petroleum Institute)?Classifique o petrleo de acordo com seu grau API.

16)Explique os seguintes mtodos de caracterizao do petrleo: PEM (pontos deebulio mdios) e BPF (baixo ponto de fluidez).

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