Bombeio Centrifugo Submerso

BOMBEIO CENTRÍFUGO SUBMERSO

Autor: Pedro da Silva Oliveira Co-Autores: Jesulino Gomes dos Santos Júnior Jurandir Antônio Gomes da Silva


Este é um material de uso restrito aos empregados da PETROBRAS que atuam no E&P. É terminantemente proibida a utilização do mesmo por prestadores de serviço ou fora do ambiente PETROBRAS.

Este material foi classificado como INFORMAÇÃO RESERVADA e deve possuir o tratamento especial descrito na norma corporativa PB-PO-0V4-00005“TRATAMENTO DE INFORMAÇÕES RESERVADAS".

Órgão gestor: E&P-CORP/RH

Autor: Pedro da Silva Oliveira Co-Autores: Jesulino Gomes dos Santos Júnior Jurandir Antônio Gomes da SilvaColaborador: Gustavo Vinicius Lourenço Moisés

Ao final desse estudo, o treinando poderá:

• Apresentar os principais componentes do conjunto de Bombeio Centrífugo Submerso (BCS);

• Reconhecer o princípio de funcionamento do conjunto de Bombeio Centrífugo Submerso (BCS), seus processos de operação e métodos de controle.


Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades profissionais na Companhia.

É com tal experiência, refletida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo.

Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P.

Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia.

O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos.

Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é.

Programa Alta Competência

Programa Alta Competência

Agradecimentos

Os autores agradecem a Petrobras, que lhes permitiu adquirir este conhecimento e também a possibilidade de disseminá-lo a outros técnicos

Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso.

No início deste material é apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

Autor

Ao fi nal desse estudo, o treinando poderá:

• Identifi car procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas;

• Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança;

• Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

ATERRAMENTO DE SEGURANÇA

Como utilizar esta apostila

Objetivo Geral

O material está dividido em capítulos.

No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem.

Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas

Cap

ítu

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Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá:

• Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos;

• Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos;


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Alta Competência

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Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

A gravidade dos efeitos fi siológicos no organismo está relacionada a quatro fatores fundamentais:

Tensão;•

Resistência elétrica do corpo; •

Área de contato;•

Duração do choque.•

Os riscos elétricos, independente do tipo de • instalação ou sistema, estão presentes durante toda a vida útil de um equipamento e na maioria das instalações. Por isso é fundamental mantê-los sob controle para evitar prejuízos pessoais, materiais ou de continuidade operacional.

Os • choques elétricos representam a maior fonte de lesões e fatalidades, sendo necessária, além das medidas de engenharia para seu controle, a obediência a padrões e procedimentos de segurança.

1.4. Exercícios

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?______________________________________________________________________________________________________________________________

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato

( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.”

( ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.”

( ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.”

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Alta Competência

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CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http://www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med.br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008.

Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008.

Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008.

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.



( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.”

( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.”

( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.”

3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir:

( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica.

( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos.

( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento.

( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”.

( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano.

1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque.

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Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança

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3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança

Todas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros).

A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos.

Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento.

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão.

3.1. Problemas operacionais

Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são:

• Falta de continuidade; e

• Elevada resistência elétrica de contato.

É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.

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57

Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica.

Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica.

Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.


COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade – Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.






3.5. Bibliografi a3.4. Glossário

Objetivo Específi co

O material está dividido em capítulos.

No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem.

Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas

Cap

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Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá:

• Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos;

• Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos;


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A gravidade dos efeitos fi siológicos no organismo está relacionada a quatro fatores fundamentais:

Tensão;•

Resistência elétrica do corpo; •

Área de contato;•

Duração do choque.•

Os riscos elétricos, independente do tipo de • instalação ou sistema, estão presentes durante toda a vida útil de um equipamento e na maioria das instalações. Por isso é fundamental mantê-los sob controle para evitar prejuízos pessoais, materiais ou de continuidade operacional.

Os • choques elétricos representam a maior fonte de lesões e fatalidades, sendo necessária, além das medidas de engenharia para seu controle, a obediência a padrões e procedimentos de segurança.

1.4. Exercícios

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?______________________________________________________________________________________________________________________________



( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.”

( ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.”

( ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.”

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Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque.

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3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança

Todas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros).

A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos.

Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento.

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão.

3.1. Problemas operacionais

Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são:

• Falta de continuidade; e

• Elevada resistência elétrica de contato.

É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.

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Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica.

Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica.

Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.


COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade – Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.






3.5. Bibliografi a3.4. Glossário

Objetivo Específi co

Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.

A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

“Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo.

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É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.

Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais:

1.1. Riscos de incêndio e explosão

Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma:

Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática.

Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional.

Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantirão o controle dos riscos de incêndio e explosão nos níveis defi nidos pelas normas de segurança durante o projeto da instalação, como por exemplo:

A escolha do tipo de • aterramento funcional mais adequado ao ambiente;

A seleção dos dispositivos de proteção e controle;•

A correta manutenção do sistema elétrico.•

O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confi ável e efi ciente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico.

Observe no diagrama a seguir os principais riscos elétricos associados à ocorrência de incêndio e explosão:

Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo.

Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.

Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo.

Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional!

Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

VOCÊ SABIA??

É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

IMPORTANTE!

ATENÇÃO

É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.

Recomendações gerais

• Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador;

• Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs;

• Lançadores e recebedores deverão ter suas

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NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL

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96 1 hora e 45 minutos


100 1 hora

102 45 minutos

104 35 minutos

105 30 minutos

106 25 minutos

108 20 minutos

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Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.

A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

“Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo.

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É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.

Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais:

1.1. Riscos de incêndio e explosão

Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma:

Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática.

Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional.

Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantirão o controle dos riscos de incêndio e explosão nos níveis defi nidos pelas normas de segurança durante o projeto da instalação, como por exemplo:

A escolha do tipo de • aterramento funcional mais adequado ao ambiente;

A seleção dos dispositivos de proteção e controle;•

A correta manutenção do sistema elétrico.•

O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confi ável e efi ciente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico.

Observe no diagrama a seguir os principais riscos elétricos associados à ocorrência de incêndio e explosão:

Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo.

Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.

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Prefácio

Neste final da primeira década do século XXI, a PETROBRAS se depara com um momento de transição, no qual se apresenta o grande desafio de produzir as ricas jazidas encontradas na camada pré-sal, alterando significativamente seu patamar de produção de óleo e gás. No instante em que se prepara para este salto de produção, é fundamental que o E&P disponha de uma força de trabalho preparada para atender as demandas deste crescimento.

Ao mesmo tempo, fruto da distribuição etária de seus recursos humanos, a companhia se encontra numa situação na qual uma nova geração de empregados admitidos nos últimos 10 anos necessita adquirir os conhecimentos acumulados por vários profissionais experientes, muitos dos quais já se aproximando da aposentadoria. Esta transmissão, não apenas de conhecimentos brutos, mas da "maneira PETROBRAS" de projetar e operar campos de petróleo no mar e em terra, que faz parte de nossa cultura organizacional, é fundamental para o sucesso da companhia perante os desafios que se apresentam.

Neste sentido, criou-se o Alta Competência - Programa corporativo de Gestão de Competências Técnicas do E&P - que é formado por um conjunto de projetos orientados para a concretização do objetivo organizacional de Adequação da Força de Trabalho do E&P.

A atuação do Alta Competência na Área de Operação está relacionada à própria origem do Programa, cuja criação se deu, dentre outras razões, em função da necessidade de apoiar o Comitê Funcional de Operação nas ações relativas à Adequação da Força de Trabalho nesta área. Assim, para qualificar os Técnicos de Operação nas atividades de produção relacionadas à Elevação e Escoamento (EE) foram mapeadas as habilidades e competências necessárias para o exercício destas tarefas na operação dos campos de petróleo e gás. Para desenvolver os módulos de treinamento de EE, os conhecimentos foram distribuídos entre especialistas nos diversos temas específicos, espalhados por todo o Brasil.

Este esforço de mobilização da comunidade de EE, logrou documentar seu conhecimento técnico e possibilitou a elaboração de módulos de treinamento com alta qualidade, que buscam capacitar os Técnicos de Operação nas atividades de Produção de petróleo e gás.

Geraldo Spinelli Gerente de Elevação e Escoamento

SumárioSumárioIntrodução 19

Capítulo 1 - Princípio de funcionamento Objetivos 211. Princípio de funcionamento 23

1.1. Componentes 251.1.1. Equipamentos de superfície 251.1.2. Equipamentos de subsuperfície 301.1.3. Acessórios 62

1.2. Bombeamento centrífugo submerso submarino (BCSS) 641.3. Exercícios 701.4. Glossário 751.5. Bibliografia 771.6. Gabarito 78

Capítulo 2 - Operação do conjunto BCS Objetivos 832. Operação do conjunto BCS 85

2.1. Freqüência do motor 852.2. Pressão na admissão da bomba 882.3. Temperatura do fluido na admissão 882.4. Pressão na descarga 892.5. Partida do conjunto BCS 892.6. Exercícios 942.7. Glossário 962.8. Bibliografia 972.9. Gabarito 98

Capítulo 3 - Controle da operação do conjunto BCS Objetivos 1013. Controle da operação do conjunto BCS 103

3.1. Acompanhamento operacional 1043.2. Monitoramento e controle 1073.3. Análise de falhas 1123.4. Segurança na operação 115

3.4.1. Cuidados e conservação 116

3.5. Exercícios 1173.6. Glossário 1183.7. Bibliografia 1193.8. Gabarito 120

19

Introdução

O motor elétrico para operação submersa foi desenvolvido em 1911, por Armais Arutunoff, na Rússia. Em 1916, ele aplicou o motor em conjunto com uma bomba centrífuga para

operações submersas em água. Em 1923, Arutunoff emigrou para os EUA em busca de financiamento para os seus projetos. A Phillips Petroleum sustentou o desenvolvimento de um sistema de BCS para ser testado em seus poços. Em 1927, foi instalado o primeiro sistema, em El Eldorado, Kansas.

Fonte: catálogo Reda

Armais Arutunoff

Na Bacia de Campos, a elevação por BCS é um método utilizado, principalmente, nas plataformas dos campos do ATP-NE: Pargo (PPG-1), Carapeba (PCP-1, PCP-2 e PCP-3) e Vermelho (PVM-1, PVM-2 e PVM-3). Outras plataformas, como PCH-2 e P-08 também utilizam o método em alguns poços.

Com o aumento da injeção de água nos campos terrestres, o uso do BCS tem se expandido, devido ao aumento da vazão dos poços e do volume de água produzido.

O BCS também tem sido utilizado em poços marítimos em diversas configurações. Alguns exemplos são o Bombeio Centrífugo Submerso Submarino (BCSS) em que o sistema é instalado no poço com completação molhada e o separador helicoidal bifásico (líquido e gás) denominado VASPS, instalado no leito marinho.

RESERVADO

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Princípio de funcionamento

Ao final desse capítulo, o treinando poderá:

• Apresentar o princípio de funcionamento do conjunto de Bombeio Centrífugo Submerso (BCS);

• Apresentar os principais componentes e acessórios do conjunto de Bombeio Centrífugo Submerso;

• Reconhecer o princípio de funcionamento do conjunto de Bombeio Centrífugo Submerso e seus principais componentes.

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Alta Competência

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Capítulo 1. Princípio de funcionamento

1. Princípio de funcionamento

A elevação por BCS consiste na instalação de um conjunto motor e bomba numa profundidade adequada ao poço. Este conjunto é dimensionado para operar em condições

apropriadas e fornecer ao fluido um complemento de energia (head) suficiente para atender aos parâmetros propostos de vazão e pressão na superfície. A bomba utilizada no sistema de BCS é uma bomba centrífuga de múltiplos estágios. Cada estágio consiste de um impelidor (girante) e um difusor (estacionário). O difusor dirige o fluido bombeado do impelidor inferior para o impelidor posicionado imediatamente acima. O impelidor gira e transmite energia na forma cinética (velocidade) para o fluido. A energia cinética é então convertida para energia potencial ou pressão no difusor. O número de estágios determinará a capacidade de elevação total ou head da bomba, bem como a potência requerida.

Impelidor

Difusor

Desenho esquemático do estágio da bomba centrífuga

RESERVADO

24

Alta Competência

A bomba é acionada por um motor elétrico submerso e a energia elétrica é transmitida da superfície através de um cabo elétrico trifásico preso à coluna de produção por presilhas. Ao motor elétrico é acoplado um selo protetor, para evitar a contaminação do motor pelos fluidos da formação, permitir a expansão do óleo lubrificante dielétrico que fica no interior do motor/selo e suportar esforços axiais provenientes dos componentes superiores. Ao selo é conectado o intake (sucção) e a ele é conectada a bomba. No topo da bomba é conectada a cabeça de descarga e nesta a coluna de produção. Para garantir o resfriamento do motor, se necessário, um tubo cauda denominado camisa (shroud) deverá ser utilizado para que o fluido produzido atue como fluido de refrigeração.

Observe, na ilustração a seguir um esquema do sistema de Bombeio Centrífugo Submerso.

Cabo elétrico

Presilha

C. descarga

Bomba

Sucção

Protetor/selo

Motor

Shroud

RESERVADO

25


1.1. Componentes

De acordo com os seus componentes, pode-se dividir um sistema de BCS em equipamentos de superfície e equipamentos de subsuperfície.

1.1.1. Equipamentos de superfície

A seguir, apresentamos os principais equipamentos de superfície do sistema BCS.

a) Quadro de comando ou painel de controle

É o equipamento de proteção e controle para o sistema elétrico do conjunto de BCS, normalmente conhecido como “gaveta”. A “gaveta” é especificada em função da tensão e corrente de trabalho.

Nos circuitos elétricos, em geral, é usada proteção contra sobrecorrente. Esse tipo de proteção evita a ocorrência de altas correntes elétricas (por curto-circuito ou outros problemas) que podem causar danos ao circuito de alimentação. A proteção por sobrecorrente está associada à capacidade de condução de corrente dos condutores alimentados. O uso de 1,15 a 1,20 vezes a corrente nominal do motor é um valor recomendado e que tem atendido satisfatoriamente. Não têm sido observados inconvenientes em se usar 1,20 vezes a corrente nominal do motor para proteção contra sobrecorrente em instalações de bombeamento centrífugo submerso.

Em instalações de motores, além da proteção por sobrecorrente, também é necessário o uso de uma proteção contra subcorrente que visa a proteger o motor quando este se encontra em operação com baixa carga (por quebra de eixo ou outro motivo) que poderia prejudicar a sua refrigeração, provocando sobreaquecimento, levando à sua queima. Em instalações de BCS tem-se usado 0,85 vezes a corrente de operação do sistema, que aparentemente tem atendido bem.

RESERVADO

26

Alta Competência

Os dispositivos de proteção ficam instalados na “gaveta” de comando, sendo o disjuntor o dispositivo de proteção principal por sobrecorrente, pois este sente a corrente diretamente do circuito e em caso de correntes altíssimas (curto-circuito) chega a desligar o sistema. No entanto, existem outros dispositivos de proteção igualmente importantes e que não são acionados diretamente pela corrente do circuito, como as chaves contactoras e os relés. Estes últimos são dispositivos eletrônicos capazes de serem programados para derrubar o sistema por sobrecorrente e subcorrente, possuindo, além dessas funções, proteção contra desbalanceio de fases, travamento do eixo do motor, dentre outros.

Os dispositivos de proteção e monitoramento em geral não podem trabalhar com as correntes diretas do circuito. Estas precisam ser convertidas para valores compatíveis. Surge, então, um pequeno elemento de grande importância: o transformador de corrente de proteção ou simplesmente TC. Trata-se de um dispositivo eletromagnético que consiste de uma ou mais bobinas mantidas em um núcleo laminado e que recebe a variação do fluxo magnético que ocorre em torno do condutor. Os TCs de janela são aqueles que permitem a passagem do condutor em seu centro e transformam a corrente que atravessa o condutor segundo a sua relação de transformação. Se a corrente que passa no cabo é de 480 ampères e está se usando um TC que transforma de 600:5, então a corrente que irá para o sistema de proteção e monitoramento será de 4 ampères. Essa corrente reduzida será usada nos dispositivos de proteção. Assim, quando ocorre uma sobrecarga ou subcorrente no sistema, estas serão sentidas nos dispositivos de proteção que derrubará o sistema ou produzirá algum tipo de alarme, aguardando alguma ação corretiva.

Para ser monitorada, a corrente transformada passa ainda por outro dispositivo, denominado transdutor. Esse elemento transforma sinais de corrente e outros sinais, como pressão e temperatura, em sinais capazes de serem recebidos pelo sistema de monitoramento. Geralmente em BCS se monitora a pressão de cabeça e a corrente de operação, o que permite diagnosticar satisfatoriamente os problemas inerentes.

RESERVADO

27


b) Variador de velocidade

A velocidade de um motor de indução é proporcional à freqüência, logo, se a freqüência de alimentação do motor for variada, a velocidade do motor também será modificada.

O equipamento capaz de variar a freqüência da tensão do sistema de alimentação de um motor é denominado variador de freqüência - VSD (Variable Speed Drive).

O VSD é um dispositivo eletrônico capaz de receber a tensão alternada na freqüência da rede, retificá-la e convertê-la para a nova freqüência de operação. Porém, a tensão e corrente de saída não serão mais senóides perfeitas, gerando freqüências harmônicas.

Ao se variar a freqüência, recomenda-se manter a relação tensão/freqüência de saída constante, pois isso se conserva a constância do fluxo magnético no motor, permitindo um torque constante. O torque teórico é igual à potência (proporcional à tensão) dividido pela velocidade angular (T = P/w = P/ 2πf). Isso é conseguido pelo dispositivo para freqüências inferiores à da rede. Para freqüências superiores, a tensão de saída permanece constante e igual à de entrada no variador. No entanto, é possível parametrizar o VSD de outras formas, mantendo sempre uma relação constante tensão/freqüência ou partindo o sistema em uma tensão inicial (V-boost), em caso de necessidade, sendo que a tensão de saída máxima é igual à tensão de entrada.

Tensão (V)

460

Vf

= constante

Vboost

0 60 65 Freqüência (hz)

Parametrização do variador de freqüência.

RESERVADO

28

Alta Competência

Como algumas desvantagens, vale citar o maior investimento inicial e a necessidade de uso de motor super dimensionado, ou seja, com uma potência maior do que a necessária (que também implica em custo inicial maior). Também é necessário espaço para instalação.

c) Transformador

Transformador é um dispositivo eletromagnético que poussui duas ou mais bobinas estacionárias acopladas por um fluxo mútuo capaz de abaixar ou elevar as voltagens de uma rede de energia elétrica. Os componentes básicos dos transformadores são: núcleo, enrolamento primário NP e enrolamento secundário NS. Em um transformador ideal, teríamos:

NP

NS

=Vp

Vs

=IS

IP

NP Vp IP, ,

Baixa voltagemAlta corrente

Alta voltagemBaixa corrente

NS VS IS, ,

Onde :

NP, VP, IP - número espiras, tensão e corrente no enrolamento primário;

NS, VS, IS - número espiras, tensão e corrente no enrolamento secundário.

Nos transformadores trifásicos, a ligação do primário é geralmente em triângulo e o lado secundário é ligado em estrela, o que permite o aterramento do centro da estrela e maior facilidade para obter diversos valores de tensão de saída (TAP).

RESERVADO

29


Vp,Ip VS,IS

Os transformadores utilizados na Petrobras para aplicação em BCS são trifásicos a seco e possuem, no secundário, vários “TAPs”. Isso é importante, pois permite trabalhar com motores de diferentes tensões, porém com correntes limitadas.

Atualmente, têm sido usados transformadores com potências variando de 100 a 750 kVA. Para todos eles, a tensão de alimentação do primário é de 460 Volts e a tensão de saída pode variar de 800 Volts a 4.000 Volts, em freqüência de 60 Hz.

Na escolha do “TAP”, ou seja, da tensão de saída, deve-se optar por aquele disponível imediatamente superior à tensão requerida na superfície.

Esses transformadores possuem as bobinas do primário fechadas em triângulo e as bobinas do secundário fechadas em estrela, porém sem aterramento do centro da estrela, conforme figura a seguir. Esses são especificados para operação com variador de freqüência.

460 V 800 V a 4.000 V

RESERVADO

30

Alta Competência

d) Cabos elétricos de superfície

O cabo elétrico de alimentação do motor abastece o conjunto de fundo a partir do transformador. Ele é trifásico, de perfil circular e possui as mesmas características do cabo redondo utilizado dentro do poço. Este cabo redondo será visto adiante.

Os cabos de alimentação do variador e transformador são diferentes, pois a tensão e a corrente no primário não são iguais. No caso em que a tensão no primário é menor, a corrente será maior e, portanto, o cabo possuirá bitola superior.

e) Pig-tail superior

É o equipamento de superfície que compõe o conector da ANC. O pig-tail superior faz a conexão entre o cabo elétrico de superfície e o mandril eletrosub. Ele é emendado ao cabo elétrico e rosqueado no mandril eletrosub. Possui classe de pressão igual a 3.000 psi, que é a mesma da ANC, classe de tensão igual a 5,0 kV e capacidade de corrente de 125,0 A (ampères).

f) Árvore de natal seca

É o equipamento de segurança do poço na superfície responsável pelo direcionamento do fluxo. Possui classe de pressão de 3.000 psi.

g) Sistema de monitoramento e controle

É o sistema responsável pelas informações monitoradas, como corrente elétrica e pressão, e outras variáveis.

1.1.2. Equipamentos de subsuperfície

A seguir serão descritos cada um dos equipamentos de subsuperfície.

RESERVADO

31


a) Mandril eletrosub

Componente que permite a passagem da energia elétrica através da ANC. O mandril eletrosub é um conector rosqueável nas duas extremidades. Na extremidade superior conecta-se o pig-tail superior, e na inferior (abaixo da ANC, dentro do poço, e por isso não é visível) conecta-se o pig-tail inferior. possui classe de pressão de 3.000 psi, classe de tensão de 5,0 kv e capacidade de corrente de 125,0 a.

O mandril é rosqueado ao suspensor da coluna, que faz parte do conjunto que compõe a ANC, e por meio de três anéis de borracha que realiza a vedação contra a ANC, mantendo, dessa forma, a classe de pressão da ANC e a sua capacidade de funcionar como uma barreira de segurança.

A ilustração a seguir apresenta um detalhe do mandril eletrosub e do pig-tail superior e inferior.

Pig-tail superior

Anéis de vedação

Pig-tail inferior

Mandril eletrosub

Rosca de conexãoao supensor da coluna

Conectores de superfície

RESERVADO

32

Alta Competência

b) Pig-tail inferior

É o equipamento que faz a conexão entre o mandril eletrosub e o cabo redondo que está dentro do poço. O pig-tail possui as mesmas características e função do pig-tail superior.

c) Cabo elétrico

O cabo elétrico é constituído por três fases, podendo ser usado na forma arredondada, denominado cabo redondo; ou numa forma achatada, denominado cabo chato. A ilustração a seguir mostra os tipos de cabo usado em BCS.

Emendas do cabo elétrico •

As emendas são usadas para realizar a conexão dos cabos no interior do poço. Normalmente, são necessárias nos seguintes pontos:

Cabo chato / rabicho inferior do • packer ou cabo redondo/chato;

Rabicho superior do • packer / cabo redondo;

Barreira Cabo chato

Armadura

Condutores

Isolamento primário

Cabo redondo

EER

ETBEF-300

Isolamento secundário

Tipo de cabo elétrico

RESERVADO

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Cabo redondo / rabicho do • pig-tail inferior;

Emenda na superfície para conectar o rabicho do • pig-tail superior ao cabo de superfície.

As emendas são confeccionadas usando-se materiais adequados como conectores (luvas) de cobre, compatíveis com as bitolas dos cabos a serem emendados e fitas especiais resistentes à temperatura e esforços mecânicos.

Cabo Redondo •

O cabo redondo possui três condutores de cobre isolados e enrolados em espiral. Os condutores podem ser sólidos, transados ou transados e compactados. São revestidos por uma camada de isolamento primário, que pode ser de dois tipos: termofixo (teflon) ou termoplástico (epdm). O termofixo não pode ser utilizado em ambientes com temperatura acima de 96ºC, enquanto o termoplástico suporta temperaturas bem superiores. O epdm, por outro lado, é menos resistente ao petróleo, pois o mesmo é poroso e em contato com petróleo incha-se, degrada-se e reduz as suas características dielétricas, porém, quando envolvido por uma barreira mecânica esse inchamento é inibido.

Além do isolamento primário, os cabos redondos possuem ainda um enchimento funcionando como um isolamento secundário, a jaqueta, que pode ser constituído do mesmo material do isolamento primário.

Condutores Isolados

Emenda do cabo elétrico

Primeiro Cabo

FitaFita Luva

Crimp

D E F

Segundocabo

Emenda do cabo elétrico

RESERVADO

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Alta Competência

Revestindo externamente o cabo redondo existe uma armadura metálica (interlocked), que pode ser confeccionada por diversos tipos de materiais, como: aço galvanizado, monel e aço inox. A armadura tem a função de fazer a proteção mecânica do cabo elétrico, minimizando, assim, danos ao cabo durante a descida do conjunto de BCS no poço. O cabo pode ter outras barreiras entre o isolamento primário e o secundário, constituídas de fitas de teflon, por exemplo, ou de chumbo, dependendo do ambiente de aplicação. A barreira de chumbo é indicada em poços com alta concentração de gás. Também nas aplicações submarinas é usada uma barreira de proteção sobre a armadura, confeccionada em High Density Polyethylene (HDPE) para reduzir danos ao cabo, quando este passar pelo riser de completação. O HDPE possui um limite de temperatura de 96 ºC.

Normalmente, além do trecho de cabo utilizado na superfície, o cabo redondo é também usado desde a emenda com o pig-tail inferior, logo abaixo da cabeça do poço, até o topo da bomba, pois a partir deste ponto passamos a utilizar o cabo chato.

Existem vários fabricantes de cabo, dentre eles a Reda e a Pirelli.

VOCÊ SABIA??

Os cabos devem ser especificados: pela classe de tensão, em geral de 3,0 a 5,0 kV; pela classe de pressão, em geral 3.000 a 5.000 psi; e pela temperatura e corrente de operação. As seções transversais do condutor podem ser 6, 4, 2, 1 AWG (American Wire Gauge).

As tabelas a seguir fornecem informações sobre os cabos usuais aplicados em BCS:

Cabo fabricação Centrilif

CaboQueda de tensão volt/amp/1000ft @ 149 oF

Capacidade de corrente @ 149 oF

Ohms/1000ft @ 149 oF

6 AWG 0,988 55 A 0,4744 AWG 0,624 70 A 0,2982 AWG 0,390 95 A 0,1881 AWG 0,307 110 A 0,149

RESERVADO

35


Cabo fabricação Forest

CaboÁrea do

condutor (mm2)

Resistência do condutor @ 20 oC (Ω/km)

Reatância indu-tiva condutor @

20 oC (Ω/km)

Resistência de isolamento

MegaΩ.km @ 20 oC

6 AWG 13,3 1,390 0,120 9304 AWG 21,1 0,900 0,116 7602 AWG 33,6 0,556 0,110 6301 AWG 42,4 0,449 0,104 580

Cabo chato•

O cabo chato possui três condutores de cobre isolados em paralelo e especificação similar ao cabo redondo.

A partir da cabeça de descarga, o espaço anular entre o conjunto de fundo e o revestimento, em geral, não permite a passagem de um cabo redondo. Por essa razão, utiliza-se um trecho de cabo achatado desde o topo da bomba até o motor. Essa extensão de cabo é denominada cabo chato (flat cable).

A emenda entre o cabo chato e o redondo situa-se logo acima da cabeça de descarga.

Existem dois tipos de conexão do cabo chato ao motor (pot-head):

Tape-in• : feita por meio da emenda de três fases do cabo com os três terminais do motor, utilizando-se fitas especiais. Por necessitar de emenda, a sua realização é mais demorada e dificultada por fatores climáticos, como umidade do ar etc.

Plug-in• : conexão do tipo tomada elétrica. Esse tipo de conexão é realizado com maior rapidez.

Todo condutor oferece resistência à passagem da corrente elétrica. Essa resistência é proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional à sua área.

RESERVADO

36

Alta Competência

Portanto, quando uma corrente elétrica passa por um condutor, ocorrerá uma queda de tensão, que pode ser determinada pela expressão:

V = R.I = LA

. I

A resistência não é constante e cresce à medida que a temperatura aumenta. No caso de um poço, a temperatura se eleva com o aumento da profundidade, de acordo com o gradiente geotérmico (oC/m), ocasionando uma queda de tensão variável no cabo. É importante ter esse conceito, pois o cálculo da queda de tensão no cabo deve ser considerado quando for escolhida a tensão de superfície (TAP) no transformador para alimentar o conjunto de fundo. A tensão a ser escolhida é sempre superior à tensão de placa do motor, pois a esta deve ser adicionada a queda de tensão no cabo.

Vs = Vm + ∆V

Onde:

Vs - tensão na superfície para alimentação do conjunto de fundo;

Vm - tensão nominal do motor;

∆V - queda de tensão do cabo elétrico.

d) Motor elétrico

Os elementos descritos anteriormente fazem parte do sistema elétrico, que alimenta os motores elétricos trifásicos. Estes possuem enrolamentos separados, um em cada fase, distribuídos uniformemente por meio da circunferência interna do estator. As correntes desses enrolamentos alternam-se progressivamente e continuamente, a fim de produzir um campo magnético girante uniforme de tal modo que arraste o rotor atrás de si.

RESERVADO

37


O motor de indução é um tipo no qual o campo magnético no rotor é induzido pela circulação de corrente no estator e o rotor não tem conexão elétrica com a linha. A forma mais comum de motor de indução é denominada “gaiola de esquilo”, por causa do enrolamento do rotor que lembra o contorno de uma gaiola de esquilo. A diferença entre o diâmetro interno do estator e o diâmetro externo do rotor é nomeada de air gap e deve permitir o giro livre do rotor.

O enrolamento do rotor em “gaiola de esquilo” consiste de barras de cobre montadas no núcleo do rotor e curto-circuitadas nas extremidades por meio de anéis de cobre. Um campo magnético girante é formado inicialmente pelas correntes da armadura (estator). Enquanto esse campo gira, ele corta os condutores da “gaiola de esquilo” e uma tensão induzida é gerada neles. Esta tensão provoca a circulação de corrente por meio das barras sob um pólo N (norte), indo até o final do anel, retornando pela barra sob o pólo S (sul) adjacente, até o final do outro anel. O circuito é completado retornando a barra original sob o pólo N.

“Gaiola de esquilo” do motor elétrico

RESERVADO

38

Alta Competência

A corrente circula na “gaiola de esquilo” por um grupo de barras e retorna por um grupo adjacente, formando um loop que estabelece um campo magnético no núcleo do rotor com pólos norte e sul. Esse loop é composto de uma volta somente, mas existem diversos condutores em paralelo e a corrente é alta. O pólo do rotor é atraído pelo pólo do campo girante, gerado pela circulação de corrente dos enrolamentos da armadura, de uma maneira similar ao que acontece com os pólos dos enrolamentos do campo, seguindo os pólos da armadura de um motor síncrono. Existe, porém, uma diferença interessante e importante entre o motor síncrono e o motor de indução. O rotor deste último não gira tão rápido quanto o campo girante da armadura. Se isto acontecesse, os condutores da gaiola estariam parados em relação ao campo girante e, assim, deixariam de existir a tensão induzida, as correntes e, consequentemente, as forças de atração entre os campos. A diferença entre a velocidade de giro do campo do estator em relação à velocidade do giro do rotor é chamada de escorregamento(s), que será maior quanto maior for a carga submetida ao motor.

A ilustração a seguir apresenta detalhes de um motor usado em BCS. Os fabricantes dos componentes dos conjuntos de BCS dispõem de diversas combinações de tensão e corrente para uma mesma potência, facilitando a compatibilização entre a tensão disponível e a requerida.

RESERVADO

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Motor elétrico para BCS

A profundidade de assentamento do conjunto de BCS é um dado importante na escolha da tensão do motor. Na partida de um motor elétrico de BCS, é exigida uma tensão em torno de 50% da tensão nominal nos terminais do motor. Como na partida a corrente é alta (podendo ultrapassar 5 vezes a corrente nominal), a queda de tensão no cabo também é alta (a queda de tensão depende da corrente e da extensão do cabo). Desse modo, se não for feita uma escolha adequada da tensão do motor, o motor elétrico pode não partir.

RESERVADO

40

Alta Competência

Os fabricantes fornecem motores com diversos valores de diâmetros externos e potência, mas as séries de motor mais usadas na UN-BC são de 540 e 562. Esse número de série está relacionado ao diâmetro externo do motor. Em determinadas situações, os motores podem ser utilizados “em tandem”, ou seja, em série, para que seja possível obter maiores potências. Por isso, variando desde alguns HPs até centenas de HPs consegue-se obter maiores potências.

O motor de indução em gaiola possui a eficiência bastante elevada. A velocidade do campo girante (síncrona) é calculada pela expressão:

N = 60.fP

Onde:

N - velocidade síncrona em rpm;

f - freqüência da rede Hz;

P - número de par de pólos do motor (o motor mais simples é o de 2 pólos);

NI = N(1-s), onde NI é a velocidade do motor de indução e s corresponde ao escorregamento, que geralmente varia entre 2 e 3,5%(0,02 e 0,035).

Eficiência (%) = potência saída x 100potência de entrada

A eficiência do motor é a relação entre a potência de saída no eixo e a potência de entrada no motor, ou seja, conhecendo-se a potência, pode-se calcular o torque no eixo do motor pela expressão:

RESERVADO

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P = T.w, onde T é o torque e w é a velocidade angular. Sendo fornecida a potência em HP e introduzindo w = 2.π.N / 60, sendo Na rotação em rpm, chegamos ao torque em kgf.m pela expressão a seguir:

T = 726,175 PN

Observamos, então, que quanto maior a rotação, menor o torque. Em aplicações em que se necessita de altos torques e menores rotações, aplicam-se motores com número de pólos maior.

Casing OD Motor Series 60 Hertz HP 50 Hertz HP4 ½” (114.3 mm) 375 7,5 to 127 6.3 to 106.3

5 ½” (139.7 mm) 456 10 to 300 8.5 to 250

7” (177.8 mm) 540 25 to 750 16.5. to 625

7” (177.8 mm) 562 30 to 1200 25 to 1000

8 5/8” (219.1 mm) 738 200 to 1020 167 to 850

O motor elétrico usado no sistema de BCS é de indução, trifásico, de 2 pólos e gira na velocidade de aproximadamente 3.500 rpm para a freqüência de rede de 60Hz, podendo atingir as potências mostradas na tabela anterior. O motor consiste de uma carcaça tubular, dentro da qual há uma parte estacionária (estator) e uma parte giratória (rotor). O estator é formado por um conjunto de lâminas de ferro-silício por onde passa um conjunto de enrolamentos longitudinais (condutores de cobre), no qual circula a corrente primária (conectados ao cabo elétrico); e o rotor é composto de barras de cobre curto-circuitadas na extremidade, cortando um cilindro oco laminado. É um eixo seccional de enrolamentos longitudinais, concêntricos ao estator. Na verdade, enquanto o estator é único, o rotor é composto de vários pequenos rotores separados por mancais intermediários. Pelo centro dos rotores passa o eixo, que recebe o torque do rotor por meio de uma chaveta. O campo magnético, gerado pela passagem da corrente elétrica pelo estator, provoca o giro do rotor, produzindo o torque.

RESERVADO

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Alta Competência

A diferença entre o diâmetro interno do estator e o diâmetro externo do rotor é chamado de air-gap e deve permitir o giro livre do rotor. Os espaços vazios internos ao motor são completados com óleo mineral de alta resistência dielétrica (ou seja, condutividade quase nula) e boa condutividade térmica. Esse óleo tem por finalidade manter a resistência de isolamento do motor elevada, equalizar a pressão interna e externa do motor, fazer a lubrificação dos mancais do motor e promover a refrigeração do rotor, transferindo o calor para o estator.

O motor, sendo um dispositivo que transforma energia elétrica em mecânica, possui uma perda de eficiência neste processo. Essa diferença é perdida sob a forma de calor, provocando o aquecimento do motor. Neste caso, a temperatura da carcaça do motor ultrapassa a temperatura do fluido do poço. Embora possam suportar temperaturas maiores, é recomendável que a temperatura máxima no ponto mais quente do motor não ultrapasse 165 ºC, para operação contínua. Para evitar isso, o motor deve ser adequadamente dimensionado e refrigerado. A refrigeração do motor é feita pelo próprio fluido da formação que passa ao seu redor e, para isso, é necessária uma velocidade em torno de 1 pé/s. A próxima figura apresenta a variação da temperatura do motor, quando refrigerado com água ou óleo de acordo com a velocidade do fluido.

Existem situações em que essa condição só é satisfeita com o uso de uma camisa de refrigeração ao redor do motor, chamada shroud. Esta camisa é sempre necessária quando o conjunto de BCS é posicionado abaixo do canhoneado.

V = 7,49 x 10 -2 . QDIR

2 - DEM2

RESERVADO

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A velocidade do fluido no espaço anular pode ser calculada por:

V - velocidade no anular, pés/s;

Q - vazão de fluido em torno do motor (corrigida pelo BO), m3/d;

DIR - diâmetro interno do revestimento, polegadas;

DEM - diâmetro externo do motor, polegadas.

Exemplo:

a) Qual a velocidade do fluido passando pelo espaço anular nas seguintes condições:

Revestimento 7” 29 lb/pé (D• IR = 6.184 pol.);

Série do motor 540 (D• EM = 5,44 pol.);

Vazão no • intake de 100 m3/d;

V = 0,87 pé/s.•

b) Qual a vazão mínima no intake para se atingir a velocidade de 1 pé/s para os dados acima: (Q = 116 m3/d).

Aumento de temperatura vs. Velocidade do fluidoCurva genérica à 100% de carga

1,8

Velocidade ft/s

Aumento da Temperatura ºF em relação ao ambiente

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

00 20 40 80 90 100 120 140 160

calo

r es

pec

ífic

o d

a ág

ua

1.0

calo

r es

pec

ífic

o d

o ó

leo

0,4

Variação da temperatura no motor de acordo com a velocidade do fluido

RESERVADO

44

Alta Competência

e) Protetor ou selo

O protetor, também chamado de selo, é instalado entre o motor e a admissão da bomba, ligando o eixo do motor ao eixo da bomba por meio de duas luvas de acoplamento e do próprio eixo do protetor. As principais funções dos protetores ou selos são:

Conectar as carcaças e os eixos da bomba e do motor;•

Suportar o esforço axial da bomba;•

Evitar a entrada de fluido do poço para o interior do motor;•

Equalizar a pressão interna do motor com a pressão externa • do interior do poço, eliminando, desse modo, qualquer esforço nos componentes internos do motor e protetor;

Prover a quantidade de fluido dielétrico suficiente para permitir • a variação de volume do óleo do motor devido à variação de temperatura no interior do poço e em funcionamento, suportando essa expansão.

Os protetores possuem, normalmente, de 2 a 6 câmaras que podem ser com labirinto ou bolsa de borracha, isoladas por selos mecânicos. Um maior número de câmaras protege mais o motor contra contaminação.

O protetor labirinto impede a contaminação do motor, dificultando a entrada do fluido do poço por meio de longos caminhos a serem percorridos pelo fluido, usando os princípios dos vasos comunicantes. Nesse tipo de selo, o óleo dielétrico do motor/selo se encontra em contato com o fluido do poço. Esse selo não é recomendado para instalação em poços de grande inclinação.

O protetor bolsa evita o contato direto do fluido do protetor/motor com o fluido do poço e por isso é denominado selo positivo. Este selo é recomendado para instalação em poços de maior inclinação.

RESERVADO

45


Os selos possuem um mancal, denominado mancal de escora, que tem a finalidade de suportar as cargas axiais provenientes dos componentes superiores, evitando transmiti-las ao motor. Eles também apresentam algum consumo de potência, que normalmente varia de 3 a 6 HP.

Antes da instalação do selo, o óleo existente (óleo preservativo) é drenado. Após a conexão do selo ao motor, ele é preenchido a partir do topo do motor, conforme recomendações do fabricante.

Em determinadas situações (grandes profundidades, altas temperaturas e/ou potências de motores elevadas), pode ser recomendado o uso de selos “em tandem”, ou seja, selos em série, que permitem obter uma maior capacidade de expansão.

Eixo do selo

Labirinto

Selo mecânico

Selo mecânico

Mancal de escora

Filtro de tela

RESERVADO

46

Alta Competência

Têm-se usado na UN-BC as seguintes composições para os protetores:

BSBSL_HL (série 540) - 3 câmaras, bolsa série com bolsa e série • com labirinto (high load) para os motores com potência inferior ou igual a 100 HP;

BPBSL_HL-S-BPBSL_HL (série 540) - 4 câmaras, bolsa paralelo • com bolsa e série com labirinto (high load) série com bolsa paralelo com bolsa e série com labirinto (high load), usados em motores com potência superior a 100 HP.

f) Bomba

A bomba centrífuga é um dispositivo capaz de converter energia mecânica em energia potencial hidráulica, para a elevação de fluidos. A energia mecânica se encontra sob a forma de velocidade e é convertida para energia hidráulica sob a forma de pressão. Um determinado modelo de bomba centrífuga possui, para uma velocidade preestabelecida e um determinado tipo de fluido (viscosidade), uma interrelação entre a capacidade de elevação (head), a potência consumida e a eficiência com a vazão bombeada, conforme mostra a ilustração a seguir, onde o fluido usado é a água (densidade=1).

GN2 100 60 hz/ 3500 RPM Curva de performance da Bomba

Range de operação ótima 1650-2700 bpdDiâmetro normal da carcaça 5.13 inchesDiâmetro do eixo 0,875 inchesÁrea da seção do eixo 0,601 in2Menor diâmetor do revestimento 6,625 inches

Limite da potência de ruptura do eixo: Padrão 256 Hp Reforçado 410 HpLimite de colapso da carcaça: Padrão 5000 psi Rígido 6000 psi Soldado 6000 psi

513 series - 1 estágio

Carga do Motorhp

Efic. da bomba

50%

40%

30%

20%

10%

1.00

0.50

60

50

40

30

20

10

0 400 800 1200 1600 2000 2400

Capacidade (bbl/d)

2800 3200

Capacidade de Head

Eficiência da bomba

Potência requerida do motor

Range de operação

Headpé

Curvas de desempenho de uma bomba aplicada em BCS

RESERVADO

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A curva "Capacidade de Head" (linha em negrito), que informa a capacidade de elevação da bomba, é fornecida em pés ou metros e não varia em função da densidade do fluido (incompressível). Se o head por estágio da bomba para uma determinada vazão for de 10 metros, este valor é válido para qualquer densidade. Assim, se o fluido for a água (densidade=1), o diferencial de pressão fornecido pelo estágio da bomba será de 1 kgf/cm2, ao passo que se for óleo (densidade=0,85), este diferencial será de 0,85 kgf/cm2. A curva de head sofre influência da viscosidade do fluido e pode ser deteriorada quando o volume de gás livre dentro da bomba é alto. O head varia proporcionalmente com o quadrado da variação da velocidade de rotação e também do diâmetro da bomba.

A curva "Potência requerida do motor" (linha em cinza escuro) informa a potência demandada pela bomba. Esta potência deve ser corrigida para a densidade do fluido bombeado. Assim, se para a água (densidade=1) a potência demandada é de 1 HP/estágio, se o fluido bombeado for óleo (densidade=0,85), a potência demandada será de 0,85 HP/estágio. A curva de BHP é também influenciada pela viscosidade do fluido. O BHP demandado varia com o cubo da variação da velocidade de rotação e também do diâmetro da bomba.

A curva "Eficiência da bomba" (linha em cinza claro), é obtida pela relação entre a potência hidráulica e a potência requerida pela bomba.

Dentro do range ótimo de operação (operating range) encontramos a vazão mínima de operação, abaixo da qual a bomba se encontra trabalhando em downthrust; e a vazão máxima de operação, acima da qual a bomba se encontra trabalhando em upthrust.

A vazão ótima é aquela que possui eficiência máxima.

RESERVADO

48

Alta Competência

A bomba utilizada no sistema de BCS é uma bomba centrífuga de múltiplos estágios. Cada estágio consiste de um impelidor (girante) e um difusor (estacionário). O difusor dirige o fluido bombeado do impelidor inferior para o olho do impelidor, posicionado imediatamente acima. O impelidor gira e transmite energia na forma cinética (velocidade) para o fluido. A energia cinética é então convertida para energia potencial ou pressão. O número de estágios determinará a capacidade de elevação total ou head, bem como a potência requerida do motor.

As vazões das bombas são variadas, conforme se pode ver na tabela a seguir, para bombas da Reda:

Range de Capacidade

SeriesOD(in)

Min. Diâmetro do revestimento

(in)

60 Hz Min.Vazão (BPD)

60 Hz Max.Vazão (BPD)

50 Hz Min. Vazão (m3/d)

50 Hz Max. Vazão (m3/d)

A 3.38 4.5 100 2000 13 265D 4.00 5.5 100 5200 13 689G 5.13 6.625 800 12000 106 1590S 5.38 7 1600 11000 210 1300H 5.63 7 9200 26000 1219 3445J 6.75 8.625 6000 25000 795 3313M 8.63 10.75 12000 32500 1590 4306N 9.50 11.75 24000 59000 3180 7818P 11.25 13.625 53600 95800 7102 12694

Existem dois tipos de impelidores: flutuantes e fixos. No primeiro tipo, os impelidores se movem axialmente ao longo do eixo, o que não ocorre nas bombas com impelidores fixos.

Se a vazão de uma bomba com impelidores flutuantes for maior do que o limite superior da faixa de operação da bomba, os impelidores serão empurrados para cima e eles começarão a atritar com o difusor. A esse fenômeno, dá-se o nome de upthrust.

Se a vazão for menor do que o limite inferior da faixa de operação da bomba, a compressão se dará na parte inferior dos impelidores. A esse fenômeno, dá-se o nome de downthrust.

RESERVADO

49


Por essa razão, a bomba deverá operar na faixa recomendada (operating range) e, sempre que possível, na vazão ótima definida pelo fabricante (conforme pode ser visto na curva da bomba – faixa cinza). A vazão ótima é, normalmente, onde se tem a máxima eficiência da bomba.

A seguir podemos acompanhar a explicação dos fenômenos de downthrust e upthrust. A ilustração, a seguir, apresenta os esforços que ocorrem nos impelidores e no eixo da bomba.

PT PT

PB FM FM PB

AT

AB

PD

AS

PI

Esforços nos impelidores e no eixo da bomba

A resultante de força que atua no impelidor (FI) pode ser calculada pela expressão:

FI = FM + PB . AB - PT . AT

Onde:

FM - força devido ao momento gerado pela passagem da vazão pelo impelidor;

PB e PT - pressões abaixo e acima do impelidor;

AB e AT - áreas abaixo e acima do impelidor.

RESERVADO

50

Alta Competência

Em bombas com impelidores flutuantes, quando a vazão é alta, o valor de FM torna-se alto e isso leva a resultante da força no impelidor a atuar para cima, podendo provocar o desgaste nas superfícies de contato no topo, fenômeno denominado upthrust. Por outro lado, quando a vazão é baixa, o valor de FM também é baixo. Nesse caso, a diferença entre PB e PT é significativa e a resultante de força no impelidor é negativa, ocorrendo desgaste nas superfícies de contato da base, fenômeno denominado downthrust.

Em bombas do tipo “compressão”, os impelidores são montados de forma a não apresentar desgaste por downthrust. No entanto, a resultante de força sobre o impelidor atua no eixo. Além disso, as bombas de compressão não estão livres do desgaste por upthrust. A carga mínima que atua no eixo da bomba será:

FS = (PD – PI).AS, para bombas com impelidores flutuantes, onde:

PD - pressão na descarga;

PI - pressão no intake;

AS - área da secção transversal do eixo.

Quando a bomba é de compressão, deverá ser adicionada, a esse esforço, a soma das forças nos impelidores. Observe que os maiores esforços ocorrem quando a vazão é nula (shut-off).

O comprimento máximo da carcaça da bomba é limitado em cerca de 8 metros para não dificultar o manuseio. Se o número de estágios requerido é tal que exija uma carcaça maior, faz-se uma associação de duas ou mais bombas “em tandem”, ou seja, associação em série.

RESERVADO

51


Impelidor

Difusor

Estágios com fluxo misto

Estágios com fluxo radial

Detalhes da bomba centrífuga, impelidor e difusor

A composição “em tandem”, entretanto, não é ilimitada, pois os seguintes itens devem ser verificados:

Potência máxima tolerada pelo eixo;•

Pressão máxima de operação da carcaça;•

Capacidade de carga dos mancais (mancal de escora do selo).•

RESERVADO

52

Alta Competência

Em termos práticos, são usadas no máximo três bombas “em tandem”.

A potência exigida no eixo do motor, ou brake horsepower (BHP), é calculada pela seguinte expressão teórica:

BHP = 1,52 x 10-4 . Q . H

Onde:

BHP - potência em HP;

ρ - densidade do fluido;

Q - é vazão em m3/d;

H - altura manométrica total em metros;

η - é a eficiência da bomba (100%=1).

A conversão de head ou altura manométrica para pressão pode ser feita pela seguinte expressão:

Pman = Gradf . H

Onde:

Gradf - gradiente do fluido;

H - altura da coluna de fluido.

As análises de aplicações de bombas centrífugas de BCS são realizadas com o uso de curvas padrão (de catálogo). No entanto, as curvas reais das bombas são ligeiramente diferentes, pois os impelidores diferem entre si, no processo de fabricação (fundição). Assim, as curvas reais de desempenho das bombas são obtidas em testes de bancada.

RESERVADO

53


O API, através da norma RP11S2, estabelece as seguintes tolerâncias nos testes em bancada em relação à curva original:

Parâmetro Tolerância Aplicabilidade

Head + 5% Range de operação

Vazão + 5% Range de operação

BHP + 8% Range de operação

Eficiência - 10 % Máxima eficiência

g) Acoplamento

Os eixos dos componentes do conjunto de BCS são ranhurados nas suas extremidades. Para que ocorra a transmissão da potência do motor para a bomba, são usados os acoplamentos conectando os eixos. Esses acoplamentos possuem encaixes ranhurados para se adaptar às ranhuras dos eixos. A depender do fabricante e dos modelos dos componentes utilizados, esses acoplamentos podem variar em diâmetro e tamanho, sendo que aplicações inadequadas trarão problemas para o conjunto de BCS.

Eixo do componente superior

Eixo do componente inferior

Acoplamento

RESERVADO

54

Alta Competência

h) Adaptador de série

Quando se usa componentes de séries diferentes, é necessária a utilização de adaptador de série. É mais comum o uso do adaptador de série convertendo o intake série 513 para a bomba série 400. Entretanto, também se pode usá-lo para converter o selo série 513 para intake série 400. Nesse caso, os acoplamentos são especiais e mais longos.

i) Cabeça de descarga

Como o conjunto BCS é acoplado à extremidade da coluna de produção e esta é roscável, necessitamos utilizar um adaptador flange-rosca, uma vez que todos os componentes do conjunto de BCS são flangeados. Esse adaptador é chamado de cabeça de descarga.

j) Cintas ou abraçadeiras para cabo

O cabo é preso à coluna de produção por meio de fitas de aço inoxidável. Essas fitas podem ser fornecidas em comprimentos padronizados ou, alternativamente, em rolos para serem cortados no comprimento adequado na sonda durante a instalação do BCS. Normalmente são usadas três cintas por tubo. O cintamento do cabo visa a provocar a sua aderência ao tubo por atrito, distribuindo o seu peso próprio, e também a evitar que o mesmo fique solto, o que facilitaria a ocorrência de danos. Alternativamente, podem ser utilizados protetores de cabo.

l) Calha para o cabo chato

É utilizada para proteger o cabo chato do contato direto com o revestimento. É fornecido em comprimento padronizado de 8 pés.

m) Intake / separador

RESERVADO

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Admissão/intake da bomba

Para pequenas quantidades de gás livre na sucção bomba, ou sem a possibilidade ou necessidade de separação de gás, a admissão do fluido é feita através do intake, conectado na parte inferior da bomba.

Havendo quantidade de gás livre na sucção da bomba acima do tolerável e havendo a possibilidade de separação, pode-se utilizar um separador de gás. Em função da quantidade de gás a ser separada, um separador de gás pode ser de dois tipos:

Separador estacionário• - a separação de gás do líquido se dá mediante a simples mudança brusca do fluxo de fluidos ao entrar na bomba.

RESERVADO

56

Alta Competência

Separador centrífugo• - o gás é separado do líquido devido às diferentes forças centrífugas a que são submetidos esses fluidos quando admitidos no separador. O líquido é dirigido para o primeiro estágio da bomba, enquanto o gás, que apresenta menor densidade, mantém-se próximo ao eixo do separador, onde é canalizado para o espaço anular. Em relação ao separador estacionário, o centrífugo tem uma eficiência maior de separação que segundo os fabricantes pode ultrapassar a 90%.

Por isso, deve-se levar em conta que o separador centrífugo utiliza uma parte da potência do motor no dimensionamento do motor. A potência consumida pelo separador centrífugo é da ordem de 3,0 a 5,0 HP.

Separador Centrífugo

Saída de gás para o anular

O óleo, por ser mais denso,

segue próximo a carcaça

O gás segue próximo aoeixo separador

Entrada de óleo combolhas de gás livre

O uso do separador de gás torna-se necessário quando há previsão de operação com elevados percentuais de gás livre na sucção da bomba, o que ocorre quando a pressão na sucção é inferior à pressão de saturação e, principalmente, em poços com elevada RGO.

RESERVADO

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n) Colunas de produção

As composições de coluna usuais para a instalação de conjuntos BCS são:

Coluna com • packer e DHSV;

Coluna sem • packer e DHSV;

Coluna com bloco Y;•

Coluna • tubing-mounted;

Coluna simples.•

No início da operação de um campo de petróleo, em geral, os poços são surgentes. Mesmo que não atendam à vazão desejada, eles podem surgir para uma vazão baixa. Por esse motivo os poços são equipados com packer, uma barreira de segurança do anular, e com DHSV, uma barreira de segurança da coluna de produção. Além disso, como esses poços necessitam de amortecimento nas intervenções, possuem também uma cauda de produção com standing valve para evitar o contato do fluido de amortecimento com o reservatório.

A coluna com packer e DHSV, além de necessitar do uso de um penetrador do packer, apresenta lentidão no amortecimento do poço e risco de dificuldade de desassentamento do packer nas intervenções e impede a injeção pela coluna para desobstrução da bomba.

Para a instalação de BCS em poços equipados com cauda de produção, a Petrobras desenvolveu, em 1991, uma configuração de coluna denominada tubing mounted. Nesta configuração, o conjunto BCS desce no poço montado no interior de um tubing de maior diâmetro (normalmente, usa-se o revestimento de 7 polegadas). Na extremidade inferior da coluna, há uma camisa que promove vedação no mandril do TSR (tubing seal receptacle). Esta configuração usa o packer da cauda como barreira de segurança do anular. No trecho de maior diâmetro, onde o conjunto de BCS será encapsulado, existem duas reduções especiais: a que fica acima do conjunto convertendo o diâmetro da

RESERVADO

58

Alta Competência

coluna para o maior diâmetro; e a que promoverá o encamisamento do conjunto. Essa redução permite, ainda, a conexão do tubing de menor diâmetro internamente ao tubing de maior diâmetro para instalação do conjunto BCS. A redução superior também permite a conexão de um penetrador, similar ao penetrador do packer, para promover a interligação elétrica do sistema.

O tubing de maior diâmetro encamisa todo o conjunto BCS e logo abaixo da base deste é usada a segunda redução especial, com a função de reduzir o maior diâmetro do tubing para o diâmetro da coluna.

Esse tipo de configuração apresenta vantagens, como facilitar o amortecimento do poço nas intervenções e isolar o interior da coluna e o espaço anular, além de proteger o conjunto durante a descida. Entretanto, a configuração tubing mounted possui desvantagens, como: não permitir a circulação para a limpeza da bomba em caso de obstrução; ter um maior número de emendas; e não permitir registros de nível estático e dinâmico por meio de sonolog.

Quando os poços deixam de ser surgentes, evita-se o uso do packer e não há a necessidade da instalação da DHSV. Assim, torna-se desnecessária a utilização do penetrador, o que reduz uma emenda, possibilitando o acompanhamento do nível dos poços (dinâmico e estático) por meio de sonolog e permitindo realizar injeção pelas bombas e, numa emergência, injeção pelo anular para complementar a produção de reservatórios com o IPs muito baixos.

Outro tipo de configuração de coluna é a que utiliza o bloco Y. Este bloco é um equipamento que permite a descida de registradores de pressão de fundo para a realização de testes de formação (TFRs), perfilagens (PLT e outros) e registros de pressão de fundo (RPs), pois o conjunto de BCS fica numa das pernas do Y, fora do alinhamento da coluna.

A utilização do bloco Y é importante para o gerenciamento do reservatório, no entanto, impede a instalação da camisa de refrigeração

RESERVADO

59


e, em poços de baixa vazão, o motor trabalha mais aquecido.

Exemplos de colunas:

Instalação c/ bloco Y

Coluna de produção31/2” EU

Rev 9 5/8”

Rev 7“- 26#

Cabeça de descarga

Bomba

IntakeProtetor

Motor

Reduçãoespecial com passagem dopenetrador7”butressX3 1/2”EUX2 3/8”EU

Rev 7“- 26

Redução7”butress p/

31/2”EU

Anularcheio de

uido

Coluna3 1/2”

Petróleouindo pela

coluna

TSR - Camisa e mandril

Parker inferior (da cauda

de produçaõ)

Reservatório

Instalação Tubing mounted

Poço: 7-VM-13D-RJs campo: vermelho L.A:81m Plataf../Sonda: PVM-23/ SPM-14 EeP-BC/Genpo/GP ANS

MR= 12m (sonda que perfurou) ; SS-04 Data coluna nova: 05/03/01 Fiscal: RitaMR= 31,6m (sonda que completou): SPM-25 Data intervenção:02/03/01 fiscal:Rita

RESERVADO

60

Alta Competência

CAB. POÇOFAB: CEVSize: 11” x 13-5/8”Pressão: 3000 PSITipo: NFF-FC-00H2S:S( ) N( X )

PDescrição dos equipamentos Prof

Zero

-2,10

OD(POL)

ID(POL)

ANC CEB simplwa tipo cruzeta flangeada 3 1/8” x 3000 PSI NS: 104 (simplificada)

Válv.hidráulica:Válv.hidráulica pneumática:wing 3 1/8”Válv.hidráulica: master e swab 3 1/8”

Adaptador EIMS A3EC 11” x 3 1/8” x 3000 PSIDistância Mr. compl ao suspensor=17,60 M.

REV. 9 5/8”____________________Grau: P-11043,5/47 1b/pesapata: 2836m

Suspensor CBV PECS-C 10” x 3 1/8” x 3 1/2’ EUPerfil p/ EPV IS 3”, c/ mandril eletrosue

1,92 Tubo curto de produção 3-1/2”EU,9,3 LHS/PE, N-80. 4,50 2,992

2392,15 253 tubos de produção 3-1/2”EU, 9,3 LES/PE,N-80. 4,50 2,992

1,27 + 1,15 02 Tubos curto de produção 3-1/2”EU, 9,3 LES/PE, N-80. 4,50 2,992

KOP: 1300 mAng. Max. 30m

0,92 PSP

Parker duplo RDM 9 5/8 NS-33 2395,60 8,44 2,880

1,55 PIP


0,40 Nipple R 2,75” C/ STV 2395,60


LINER 7”-------------------

Grau: P-110291b/pe

Topo: 2571 mKOP: 913 mANG. MAX.

LINER 7”-----------

Tipo: P-11029 1b/peTopo:2697,6mFluido comp.:-------------------------Tipo: Não 1b/galRechanhoeiroTipo: HSD-DP4 5/8”DENS.: 12hj/peformação:Campos/ARNCarapeusE OCENO B-3

Intevalos:--------------

2870 / 2892 m2876/2872m

0,18 Cabeça de descarga S. 400 Reda RAnhurada/ flangelada

3,65 IEE reda S. 400 ESFLCTCS DN-675 NS 2FEN-675 NS 2FE7L59787. 159 EST

3,65 IEE reda S. 400 ESFLCTCS DN-675 NS 2FEN-675 NS 2FE7L545 159 EST 2408,50

0,30 Intake reda S. 540 x intake 400

2,72 Selo reda, S. 540 MOD EPESL -CS NS 3FE8A54368

2,72 Selo reda, S. 540 MOD EPESL -CS NS 3FE8A54369

4,08 Motor reda,S 540 Skutmk 1DE2K11601 100MP 47,5A 115 pv

Shroud 7’ x 14,0 m (AIR GAP=3,51)

OES: Ficaram no poço 33 cintas durante a última retirada da COP em 04/03/01

Mandril do TSR EORH 4320 5 3 1/2”NS 1981201 Topo

0,68 Turbo curto 3 1/2” EU - 9,3 LE/PE N-80

1,28 Turbo curto 3 1/2” EU - 9,3 LE/PE N-8O 2844,55 4 1/2 2,992

2870,0/28/72, Om2876/5/2878, OmEstes em:23/02/01

0,54 PSP

Parker HHL 47E2 W.T.F 3 1/2”EU NS: 99 118001-15 2845,09 5,968 2,890

1,38 PIP Desassentamento: 6X9 KLE= 54 KLE

Squeeze---------

2887/2892m2894/2899 mCortadocimento ate2884 M EM22/02/01Fundo: 2892m

0,62 Turbo curto 3 1/2” EU - 9,3 LE/PE N-80 2846,09 4 1/2 2,992

0,40 Nipple R 2,75” WTF NS: 29C STD Valve RE2 2,75” 4 1/2 2,697

4 1/2 2,992

0,61 Turbo curto 3 1/2” EU - 9,3 LE/PE N-8O. 4 1/2

0,15 Boca de sino 2847,17 4 1/2

OBS.:* SIE n. 012/01 - Range MAX: 46 / 116 M#/D* Torque da COP c/ Chave hidráulica FARETESCO) Nº 7585: 3200 LE*PE*Manobras | (00) Retirada (01) Descida* Drag´s (UP=75 KLE e down = 70 KLB)* Recuperadas 2 carcaças de EPP a 2880, e 2881,5m (18/01/2001)*Usadas 774 cintas + 4 calhas* Topo do cimento a 2884 M C/ GR-CCL (23/01/2001*** Parker utilizado para isolar furo no revestimento a prox. 2070 HPeixe: Liberdade mecanico 3 1/2 (0,6m) + tubo 3 1/2 EU (9,04m) + SUE PERF3 1/2 (0,29m) + Tubo 3 1/2EU (1,92m) + cabeça de disparo + canhão TCP (29m)

Collar: 2992m Sapata: 3028m

Coluna com packer

Poço: 7-VM-21D-RJs campo: vermelho L.A:80m Plataf../Sonda: PVM-2/ SPM-25 EeP-BC/Genpo/GOPV

MR= 26m (sonda que perfurou) ; SS-26 Data coluna nova: 10/09/95 Fiscal: GesusMR= 31,6m (sonda que completou): SPM-25 Data intervenção:25/09/98 fiscal:Francy

RESERVADO

61


CAB. POÇOFAB: CEVSize: 11” x 13-5/8”Pressão: 3000 PSITipo: TEF-FC-00H2S:S( ) N( X )

PDescrição dos equipamentos Prof

Zero

12,0

ANC FAB/Tipo/SISE/PressãoCBV/Cruzeta/3-1/S”/3000 PSI.

Válvulas: master hidrálica e hanua, wing pneutática e manual e swab (teste p/ stanquidade= 3000PSI).

Adaptador EAB/HOD/SISE/Pressão:CBV/A3EC/3-1/8’ x 11’X3000 PSI,IMS Harthan.

L.C.: Não Distância Mr. compl (SPM-25) ao suspensor=17,60 M.

ConexõesEN:NãoDHSV:Não

0,40 Suspensor de coluna CBV PECS-C 10” x 3 1/8” x 3 1/2’ EU COM.

Mandril eletrosue e acesso a LC DHSV tamponada.

1,73 Tubo curto de produção 3-1/2”EU,9,3 LHS/PE, N-80.

DHSVFab.: NãoMOD.:TAM.:P. abertura:PSIP. fechamento:PSI

1992,80 212 tubos de produção 3-1/2”EU, 9,3 LES/PE,N-80.

040 Nipple R 2,75” petrol NS 2168 (c/std.w.RE-2 2,75”x 2 1/2. 2007,33

1,26 Tubo curto de produção 3-1/2”EU, 9,3 LES/PE, N-80.

0,26 Cabeça de descarga, enda, série 400, ranhurada/flangelada

REV. 9 5/8”--------------------------Tipo: P-11043,5/47 1b/peSapata: 2895 m

3,65 Bomba reda, MOD DN 675, NS 2FE8E550563, 159 EST., série

0,30 Intake reda. 2012,80

0,10 Adaptador reda 400/540.

KOP: 913 mANG. MAX.

2,72 Selo reda, MOD: ESESL, NS: 3FE8E55112.

3,96 Motor reda, MOD SK S CS, NS 1DE8E55102, 100 HP, 1245 V, 47.

LINER 7”-----------

Tipo: P-11029 1b/pe

Topo:2697,6m

Shroud 7’ x 8,12 metros.

Observações:

Fluido comp.:-------------------------Tipo: Não

1b/gal

* Intervalo 1495/1512 H, squeezado em 17/07/96 e testado com

1100 PSI, positivo. não submeter revestimento 9 5/8” a pressão

Squezze---------------

1495,0/97, oM(em 17/07/96)

Isolado--------------

3007,0/10,OM

Maior do que 500 PSI.

* Topo do taampão de emento checado a 3004,2 H durante descida

Do canhão HSD.

*N# de manobras=03 (com chave HID. N# 02 da EVI oil tool)

*N# de cintas=03

*N# de calhas=03

Canhoeiros---------------------

Tipo:TCPDens.: 12hj/pe

Intervalos:--------------------------

2992,3/95,4M2999,2/04,2M2999,4/03,4M

Formação:Capab eus

eo ceno E2/E3

* Peso da coluna subindo= 55KLE.

* Peso da coluna subindo= 50KLE.

* Peixes: 1) Esferas 2 1/2” e 2 1/8” + estampador 2” no topo

Do tampão de cimento.

2) Carcaça de EPP 7”

3) EPP 7” c/ centralizador 7” soldado no fundo + tubo

3 1/2” EU (9,5 M) + tubo curto 3 1/2” EU (1,20 M) com aletas

Na luva e corpo com extremidade ovalada.

4) 23 cintas e 23 presilhas.

Limpo: 3004,2MCollar: 3091, OMSapata:3128,OM

Coluna simples

RESERVADO

62

Alta Competência

1.1.3. Acessórios

Seguem os principais acessórios do sistema BCS:

a) Camisa de refrigeração (shroud)

Shroud é um tubo com diâmetro interno superior ao diâmetro externo do motor, que irá encamisá-lo, visando a aumentar a velocidade do fluido ao seu redor para melhorar a sua refrigeração. É fixada, normalmente, por meio de anel bipartido acima do intake, no flange da bomba. Um centralizador é acoplado à base do motor com o intuito de centralizar a shroud em torno do motor.

b) Bloco Y

O bloco Y é um componente acessório que permite a utilização de um prolongamento da coluna de produção, paralelamente ao conjunto BCS. É aplicado quando há necessidade de realizar perfilagens de produção ou registros de pressão de fundo, geralmente solicitados para gerenciamento do reservatório produtor.

c) Standing valve

A standing valve é uma válvula de retenção que pode ser instalada e retirada da coluna de produção com operação de wire line. É descida durante a instalação do conjunto BCS e, após a confirmação das fases (sentido de rotação do conjunto BCS), geralmente é retirada. A coluna sem válvula de retenção possui a vantagem de permitir realizar a circulação pela bomba, em caso de obstrução ou em caso de travamento.

Em poços que apresentem produção de teores de areia elevados (aqueles nos quais, quando tem a parada da bomba, ocorre sedimentação de areia, levando ao seu travamento), a permanência da standing valve tem evitado o travamento da bomba nas paradas, pois, neste caso, a areia sedimentar permanece sobre a standing valve e não sobre a bomba.

RESERVADO

63


Após a retirada da standing valve, deve-se aguardar no mínimo 60 minutos para se religar o conjunto BCS nas paradas do conjunto. Caso este tempo não seja respeitado, pode ocorrer a ruptura de eixo do conjunto.

d) Penetrador do packer

O penetrador do packer é um conector que cumpre uma função similar ao mandril eletrosub e é usado em poços equipados com packer ou tubing-mounted. O penetrador possui um corpo constituído por uma carcaça metálica envolvendo um trecho de cabo redondo e dois rabichos de cabo (também redondo) em suas extremidades. Esses rabichos são emendados ao cabo redondo, na parte superior do packer, e ao cabo chato, na parte inferior do packer. Um adaptador que possui internamente alguns anéis de borracha (o’rings) é rosqueado acima do packer ou conexão especial superior do tubing-mounted, envolvendo o corpo do penetrador e promovendo a vedação.

Ao motor é conectado o pot-head do cabo chato, que é emendado ao cabo redondo e pig-tail inferior e conectado ao mandril eletrosub. Esse conjunto de componentes é normalmente chamado de conjunto de fundo. O pig-tail superior é conectado ao conjunto de fundo, indo até o transformador e chegando ao variador e gaveta. Estes últimos são chamados de equipamentos de superfície.

e) Sensor de pressão e temperatura

O conhecimento do valor da pressão e temperatura em fluxo em frente à bomba é útil para avaliar o comportamento do reservatório e as condições de operação do conjunto BCS. Assim, para aqueles poços onde se deseja fazer uma melhor avaliação, recomenda-se utilizar o sensor de pressão e temperatura, que é descido e acoplado ao motor em sua parte inferior. Os sinais elétricos são enviados à superfície por meio do mesmo cabo que conduz a corrente elétrica ao motor. Na superfície existe um sistema que recebe e decodifica estes sinais, apresentando os valores de pressão e temperatura de fundo. A aplicação desses sensores é sempre recomendável, pois os seus sinais podem ser usados para o controle, melhorando a proteção do sistema durante a operação.

RESERVADO

64

Alta Competência

1.2. Bombeamento centrífugo submerso submarino (BCSS)

As aplicações comuns de BCS, desde o início da sua utilização como método de elevação, eram em poços de completação seca, a maioria onshore, pois apresentavam menores custos de intervenção, o que impactava muito a seleção de um método. Com as descobertas de reservas offshore, viu-se o BCS como método alternativo para o desenvolvimento de alguns campos. No entanto, a aplicação inicial se deu em poços com árvore de natal seca, que têm certa similaridade com os poços onshore, apesar de apresentarem custos de intervenção bem superiores. Os principais fatores que interferem na disseminação do uso do BCS são:

RESERVADO

65


As limitações à aplicação do método, tais como: produção de • teores de areia acima de valores toleráveis, produção de gases corrosivos e também quando o volume de gás livre no líquido bombeado está acima dos valores toleráveis;

A expectativa de durabilidade da instalação. A instalação de • BCS é complexa, pela quantidade e diversidade de componentes envolvidos, ocasionando um elevado índice de falhas por problemas elétricos e mecânicos.

A maioria dos poços produtores offshore é satélite, ou seja, possui árvore de natal molhada (ANM) e produz para uma plataforma, que pode ficar a distâncias variadas dos poços. Estudos de elevação e escoamento desses poços muitas vezes indicam bons resultados se refletindo em ganhos de produção, caso se opte pelo uso do BCSS, mas quando se introduz os riscos e os custos envolvidos, a aplicação se torna inviável economicamente.

Com a evolução dos equipamentos e, consequentemente, a melhoria da confiabilidade do sistema, a aplicação de BCS em poços satélites, denominado BCSS, tem ganhado destaque.

Na Petrobras, já foram realizadas instalações de BCSS em alguns poços: a primeira no RJS-221 em lda de 90 metros; a segunda no RJS-477 em lâmina d´água de 1.109 metros; e a terceira no RJS-320 em lda de 90 metros, dentre outras. Essas instalações têm apresentado vida média de operação superior ao de poços equipados com árvore de natal convencional. Isso têm se justificado pela grande exigência de qualidade dos equipamentos aplicados, face aos altos custos e riscos envolvidos.

A interface mais complexa em uma instalação submarina está na árvore de natal molhada. O conjunto de BCS é descido e conectado ao suspensor de coluna que será alojado em uma base no fundo do mar. Esse suspensor possui um conector elétrico especial para conexão molhada que irá interligar com outro conector elétrico especial, localizado na ANM, sendo esta uma conexão remota. Uma vez conectada a ANM ao suspensor, o cabo elétrico submarino será fixado à ANM para ser ligado na superfície e alimentar o motor. A conexão do cabo elétrico na ANM pode ser realizada por mergulhador

RESERVADO

66

Alta Competência

em poços com lâmina d´água rasa, mas em lâmina d´água profunda é realizada remotamente. A ilustração, a seguir, apresenta um esquema da ANM e das conexões elétricas necessárias.

Diagrama de completação

Sistema de conexão elétrico na árvore de natal molhada

Umbilical para superfície

Cabo elétrico - downhole

Penetrador de packer

BCS

Equipamento de cabeça de poço submarino

Conector elétrico molhado

A tendência atual é o uso de árvore de natal molhada horizontal (ANMH), no entanto, o RJS-221 usou uma árvore DA adaptada para BCSS, ou seja, foram adaptadas as passagens para os conectores elétricos. No caso de uso de ANMH, a árvore já é fabricada para a aplicação de BCS. Ela tem a vantagem de reduzir o tempo de intervenção, permitindo a entrada no poço sem necessidade de retirar a árvore. O fechamento das ligações elétricas é feito pela tree cap.

RESERVADO

67


Variáveis usadas para o dimensionamento do sistema:

Q

PcabPcab

PMC

PMB

NE

ND

VB

VCPwf Pe

Pb PreqPdisp

Psuc

Liner Q

Hs

Pressão

IRP

Pro

fun

did

ade

Q

Vaz

ão

0

Pcab - pressão na superfície necessária para vencer as perdas de carga a jusante;

Pe - pressão estática( geralmente nos canhoneados);

Pwf - pressão no fundo em fluxo;

NE - nível estático;

ND - nível dinâmico;

PMC - profundidade medida dos canhoneados;

VC - profundidade vertical dos canhoneados;

PMB - profundidade medida da bomba;

VB - profundidade vertical da bomba;

Psuc - pressão na admissão da bomba;

RESERVADO

68

Alta Competência

Hs - submergência vertical da bomba;

Pdisp - pressão disponível no admissão( igual à pressão na sucção da bomba);

Preq - pressão requerida na descarga da bomba;

∆Pb - diferencial de pressão a ser fornecido pela bomba;

Q - vazão a ser produzida.

Raramente a elevação por BCS ocorre apenas em fluxo monofásico. Isso, realmente, só acontecerá quando a pressão de cabeça for superior à pressão de saturação, o que não é muito comum. Portanto, em algum ponto da coluna, ocorrerá a liberação de gás. Além disso, o cálculo manual é moroso e sujeito a erros, além de dificultar mais de um tipo de análise. Outro ponto importante é a perda de carga. Quando se trata de fluidos com alto BSW e baixa viscosidade, pode-se usar ábacos simples, mas nos casos de fluidos viscosos, principalmente em poços submarinos, os simuladores são muito importantes. Além disso, os simuladores podem avaliar outros dados mais facilmente.

RESERVADO

69


A tabela a seguir apresenta os simuladores que se têm utilizado para dimensionamento do conjunto BCS:

Simuladores Descrição

Subpump

Bom para simular poços com árvore de natal seca. Analisa com profundidade os equipamentos e dimensiona também equipamentos de outros fabricantes, no entanto não a nível tão profundo, pois faltam informações dos demais fabricantes, que são confidenciais. O BCS, por exemplo, usa o simulador subpump.

Autograph

Simula, também, poços com árvore de natal seca. Analisa com maior profundidade os equipamentos e dimensiona os equipamentos de outros fabricantes que forneceram informações.

Wellflo

Simula poços com árvore de natal seca e molhada, com linhas submarinas. Bom para simulação da elevação, para as bombas dos fabricantes disponíveis. Ruim para simulação da parte elétrica.

Marlim

Simula poços com árvore de natal seca e molhada, com linhas submarinas. Bom para simulação da elevação para as bombas dos fabricantes disponíveis. Possui a vantagem de permitir o cadastramento de bombas. Não permite escolha do motor e não dimensiona a parte elétrica.

RESERVADO

70

Alta Competência

1) Quais os principais componentes de cada estágio da bomba centrí-fuga submersa?

________________________________________________________________

2) Quais são os parâmetros avaliados nas curvas de desempenho de uma bomba centrífuga?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

3) Qual a função da shroud no conjunto BCS?

________________________________________________________________

4) Em que etapa o BCS está inserido na produção de petróleo?

( ) Recuperação

( ) Elevação

( ) Coleta

( ) Transferência

5) Nomeie os componentes do sistema de BCS na ilustração a seguir.

1.3. Exercícios

RESERVADO

71


6) Nomeie, na ilustração a seguir, os componentes de cada estágio de uma bomba aplicada em BCS.

7) Dada a curva de uma bomba centrífuga, pede-se preencher a ta-bela a seguir:

800

700

600

500

400

300

200

100

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 45004000 5000 60005500

32

28

24

20

16

12

8

4

0

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Carga do Motor

hp

Efic. da bombaHead

ft

Capacidade (bbl/d)

Vazão (BPD) Head fornecido (ft) Potência requerida (HP) Eficiência (%)0

2400350046005800

RESERVADO

72

Alta Competência

8) Quais são os ajustes das proteções contra sobrecorrente e subcorrente?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

9) Qual a finalidade básica do transformador usado no sistema de BCS?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

10) Numa instalação de BCS, o ponto de neutro do secundário do transformador deve ser aterrado? Comente a sua resposta.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11) Quais são os dois tipos de cabos elétricos utilizados numa instalação de BCS?

________________________________________________________________

12) Como é realizada a conexão entre os cabos elétricos?

________________________________________________________________

13) Cite quatro equipamentos de subsuperfície utilizados em uma instalação de BCS.

________________________________________________________________

14) Quais as funções básicas do conjunto formado pelo pig-tail superior, mandril eletrosub e pig-tail inferior?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

15) Em que situação necessitamos utilizar o packer em uma instalação de BCS?

________________________________________________________________

RESERVADO

73


16) Como ocorre a refrigeração do motor do BCS?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

17) Sobre o selo ou protetor, cite:

a) Duas de suas funções:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Os seus dois tipos:

_____________________________________________________________

18) Em que momento é necessário utilizar o separador de gás?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

19) Por que a bomba do BCS deve sempre operar dentro do range de operação?

________________________________________________________________

20) A freqüência padrão de alimentação elétrica do BCS em nossas unidades é:

( ) 50 Hz

( ) 60 Hz

( ) 70 Hz

( ) 80 Hz

21) Cite três componentes do BCS que possuem eixo:

________________________________________________________________

22) Cite dois tipos de coluna de produção utilizados nas instalações de BCS:

_______________________________________________________________________________________________________________________________

RESERVADO

74

Alta Competência

23) Ao desligar um conjunto de BCS, o que ocorre se a coluna não estiver equipada com uma standing-valve?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

24) O TAP do transformador a ser escolhido para a instalação do BCS é:

( ) Igual à Tensão Nominal do motor do BCS.

( ) Independe da Tensão Nominal do motor.

( ) Aproximadamente igual à Tensão Nominal do motor, soma-da à queda de tensão no cabo elétrico.

( ) Inferior à tensão nominal do motor.

25) Qual dos componentes efetivamente permite a passagem do cabo elétrico pela ANC, mantendo-a como barreira de segurança do poço?

( ) Pig-tail superior.

( ) Penetrador do packer.

( ) Mandril eletrosub.

( ) Pig-tail inferior.

26) Quais são os tipos de conexão do cabo chato com o motor?

________________________________________________________________

RESERVADO

75


ANC - Árvore de Natal Convencional.

ANMH - Árvore de Natal Molhada Horizontal.

API - American Petroleum Institute.

BCS - Bombeio Centrífugo Submerso. Conjunto moto-bomba elétrico descido em poços para promover elevação de líquidos (petróleo). Bomba centrífuga de múltiplos estágios, os quais consistem de impelidores rotativos e difusores estacionários.

BHP - potência requerida no eixo do motor.

BPD - Boletim Diário da Produção.

BSW (Basic Sediments and Water) - segundo definição da ANP, é a porcentagem de água e sedimentos em relação ao volume total do fluido produzido.

DHSV (Down Hole Safety Valve) - dispositivo de segurança de subsuperfície fabricado pela Baker Hughes.

Downthrust - se a vazão for menor que o limite inferior da faixa de operação da bomba, a compressão se dará na parte inferior dos impelidores.

“Em tandem” - em série.

Estator - parte de um motor ou gerador elétrico que se mantém fixo à carcaça e tem por função conduzir energia elétrica, nos motores para rotacionar e nos geradores para transformar a energia cinética do induzido.

Head - este termo corresponde à altura manométrica total, é a capacidade de elevação de uma bomba em unidade de comprimento (metro, pé etc).

HDPE - High Density Polyethylene.

Intake - dispositivo utilizado para conectar o protetor à bomba e permitir a entrada de fluido.

IP - Índice de Produtividade.

Mandril eletrosub - acessório que permite a passagem de cabo elétrico do conjunto BCS pela ANC e pelo suspensor de coluna.

Packer - elemento vedante, vazado ou tamponado, utilizado em completação para isolar zonas com diferentes pressurizações. Também chamado obturador. Usado geralmente para promover vedação do anular entre coluna revestimento.

Pig-tail - cabo, condutor ou fio flexível de conexão.

1.4. Glossário

RESERVADO

76

Alta Competência

PLT - perfilagens (traçar o perfil do poço).

Pot-head - conexão do cabo chato ao motor.

Range - escala, faixa de trabalho ou operação.

RGO - razão entre o volume de gás liberado no óleo medido em condições padronizadas.

Riser - denominação do trecho vertical, que se estende do ponto de toque no solo marinho (aliás, alguns metros antes deste ponto) até o conector de superfície, na plataforma de produção. É a parte dinâmica da linha de fluxo, sujeita à ação das resultantes ambientais (ventos, ondas e correntezas).

Sonolog - registrador sônico utilizado para obtenção do nível de líquido no anular.

Shroud - também chamado de “camisa”, é um tubo cauda utilizado no BCS para que o fluido produzido atue como fluido de refrigeração.

Standing valve - válvula de pé que permite o fluxo apenas no sentido ascendente.

TAP - valores de tensão de saída.

TFR - Teste de Formação Revestido. Consiste de um teste onde o intervalo a avaliar está revestido (N-2253).

Tubing-mounted - composição de coluna de BCS, onde o conjunto de bombeio fica instalado dentro de uma cápsula.

TSR - Tubing Seal receptacle.

Upthrust - vazão de uma bomba com impelidores flutuantes maior do que o limite superior da faixa de operação da bomba.

V-boost - tensão inicial aplicada com o objetivo de aumentar o torque inicial do motor.

VSD (Variable Speed Drive) - dispositivo eletrônico, capaz de receber a tensão alternada na freqüência da rede, retificá-la e convertê-la para a nova freqüência

de operação.

RESERVADO

77


Oliveira, Pedro S. A operação do Bombeamento Centrífugo Submerso. Apostila. Petrobrás. Macaé: 2006.

1.5. Bibliografia

RESERVADO

78

Alta Competência

1) Quais os principais componentes de cada estágio da bomba centrífuga submersa?

Impelidor e difusor.

2) Quais são os parâmetros avaliados nas curvas de desempenho de uma bomba centrífuga?

Capacidade de Head, Potência requerida do motor e eficiência da bomba.

3) Qual a função da shroud no conjunto BCS?

Refrigerar o motor. Garantir a refrigeração do motor.

4) Em que etapa o BCS está inserido na produção de petróleo?

( ) Recuperação

( X ) Elevação

( ) Coleta

( ) Transferência

5) Nomeie os componentes do sistema de BCS na ilustração a seguir.

Motor

Shroud

Cabeça de descarga

Bomba centrífuga

Admissão ou intake

Selo ou protetor

1.6. Gabarito

RESERVADO

79


6) Nomeie, na ilustração a seguir, os componentes de cada estágio de uma bomba aplicada em BCS.

Impelidor

Difusor

7) Dada a curva de uma bomba centrífuga, pede-se preencher a tabela a seguir:

800

700

600

500

400

300

200

100

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 45004000 5000 60005500

32

28

24

20

16

12

8

4

0

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Carga do Motor

hp

Efic. da bombaHead

ft

Capacidade (bbl/d)

Vazão (BPD) Head fornecido (ft) Potência requerida (HP) Eficiência (%)

0 635 12 0

2400 590 17 62

3500 505 18,5 70

4600 340 19 59

5800 0 17,5 0

8) Quais são os ajustes das proteções contra sobrecorrente e subcorrente?

Sobrecorrente – 1,2 vezes a corrente nominal do motor.

Subcorrente – 0,85 vezes a corrente de operação do conjunto de BCS.

RESERVADO

80

Alta Competência

9) Qual a finalidade básica do transformador usado no sistema de BCS?

Elevar ou reduzir a tensão (tensão) elétrica que vai alimentar o sistema de BCS.

10) Numa instalação de BCS o ponto de neutro do secundário do transformador deve ser aterrado? Comente a sua resposta.

Quando o ponto neutro do transformador é aterrado, o sistema de BCS não opera com uma fase do cabo aterrada (pois ocorre curto circuito). Assim, o não aterramento do neutro do transformador permite a operação do sistema mesmo que ocorra uma fase aterrada (neste caso o sistema opera com isolação igual a zero).

11) Quais são os dois tipos de cabos elétricos utilizados numa instalação de BCS?

Cabo redondo e cabo chato.

12) Como é realizada a conexão entre os cabos elétricos?

Por meio de emendas entre os cabos.

13) Cite quatro equipamentos de subsuperfície utilizados em uma instalação de BCS.

Motor, selo, admissão, bomba, cabeça de descarga etc.

14) Quais as funções básicas do conjunto formado pelo pig-tail superior, mandril eletrosub e pig-tail inferior?

Permitir a conexão do cabo elétrico de superfície com o cabo elétrico interno ao poço para alimentar o motor, mantendo a segurança do poço.

15) Em que situação necessitamos utilizar o packer em uma instalação de BCS?

Quando o poço é surgente.

16) Como ocorre a refrigeração do motor do BCS?

Por meio da passagem do próprio fluido produzido (petróleo) ao redor do motor.

17) Sobre o selo ou protetor, cite:

a) Duas de suas funções:

1 - Equalizar a pressão interna do motor com a externa;

2 - Evitar a contaminação do motor com fluido proveniente do poço;

3 - Transmitir a rotação do motor para os componentes superiores (bomba);

4 - Suportar os esforços axiais provenientes dos eixos superiores por meio do mancal de escora.

b) Os seus dois tipos:

Selos labirinto e bolsa.

18) Em que momento é necessário utilizar o separador de gás?

Quando ocorre a presença de mais de 10% de gás livre na admissão da bomba.

RESERVADO

81


19) Por que a bomba do BCS deve sempre operar dentro do range de operação?

Para evitar desgastes dos estágios da bomba.

20) A freqüência padrão de alimentação elétrica do BCS em nossas unidades é:

( ) 50 Hz

( X ) 60 Hz

( ) 70 Hz

( ) 80 Hz

21) Cite três componentes do BCS que possuem eixo:

Motor, selo, intake, bomba.

22) Cite dois tipos de coluna de produção utilizados nas instalações de BCS:

Coluna simples, coluna com packer e DHSV, coluna tubing mounted e coluna com bloco Y.

23) Ao desligar um conjunto de BCS, o que ocorre se a coluna não estiver equipada com uma standing-valve?

Ocorre o retorno do fluido da coluna passando por meio da bomba e fazendo-a girar em sentido contrário.

24) O TAP do transformador a ser escolhido para a instalação do BCS é:

( ) Igual à Tensão Nominal do motor do BCS.

( ) Independe da Tensão Nominal do motor.

( X ) Aproximadamente igual à Tensão Nominal do motor, somada à queda de tensão no cabo elétrico.

( ) Inferior à tensão nominal do motor.

25) Qual dos componentes efetivamente permite a passagem do cabo elétrico pela ANC, mantendo-a como barreira de segurança do poço?

( ) Pig-tail superior.

( ) Penetrador do packer.

( X ) Mandril eletrosub.

( ) Pig-tail inferior.

26) Quais são os tipos de conexão do cabo chato com o motor?

Conexão do tipo plug-in e conexão do tipo tape-in.

RESERVADO

RESERVADO

Cap

ítu

lo 2

Operação do conjunto BCS


• Identificar os principais parâmetros de controle do conjunto BCS;

• Descrever as recomendações utilizadas na partida de um conjunto de BCS;

• Identificar os problemas que ocorrem nos conjuntos BCS instalados em poços de petróleo.

RESERVADO

84

Alta Competência

RESERVADO

Capítulo 2. Operação do conjunto BCS

85

2. Operação do conjunto BCS

O controle da operação do conjunto BCS pode ser realizado com o controle da rotação da bomba. Para tanto, são usados dispositivos especiais, denominados variadores de

freqüência, que além de variarem a freqüência de operação do sistema, variam também a rotação do motor e, consequentemente, a rotação da bomba.

Outros parâmetros controlados são a pressão e temperatura na admissão da bomba e a pressão na descarga da bomba. Para isso, são utilizados sensores instalados no conjunto BCS.

2.1. Freqüência do motor

A rotação do motor do sistema BCS pode ser controlada por meio do uso de um variador de velocidade (VSD), pois a velocidade de um motor de indução é proporcional à freqüência. Logo, se a freqüência de alimentação do motor for variada, também estará variando a velocidade do motor.

Embora os motores possam operar na faixa de 30 a 90 Hz, nas aplicações em bombeamento centrífugo submerso é prático operar entre 50 e 70 Hz. As leis de afinidade definem as curvas de desempenho para diferentes freqüências:

Q1

Q2

=N1

N2

Q1

Q2

=f1

f2

H1

H2

=BHP1

BHP2

=N1

N2

, N1

N2

2

,3

H1

H2

=BHP1

BHP2

=f1

f2

f1

f2

2

,3

Variador de velocidade é o equipamento capaz de variar a freqüência da tensão do sistema de alimentação de um motor

VOCÊ SABIA??

RESERVADO

86

Alta Competência

Onde:

Q1, Q2 - vazão inicial e final;

H1, H2 - head inicial e final;

BHP1, BHP2 - potência requerida no eixo do motor inicial e final;

N1, N2 - rotação inicial e final;

f1 , f2 - freqüência inicial e final.

A ilustração, a seguir, mostra a curva de desempenho (capacidade de elevação ou head, e também a potência requerida na vazão ótima) para freqüência de 50 a 70 Hertz da bomba GN2100. Mostra, também, a faixa de operação recomendada para essas freqüências, representada pela linha contínua. Notar que a faixa de operação da bomba é modificada, conforme a variação da freqüência, bem como a vazão ótima. A faixa de operação “alarga”, de acordo com o aumento da freqüência.

IMPORTANTE

A vazão bombeada varia diretamente com a variação da freqüência (velocidade).

O head varia com o quadrado da variação da freqüência (velocidade).

O BHP requerido pela bomba varia com o cubo da variação da freqüência (velocidade).

RESERVADO


87

GN2 100 513 Série da Bomba Performance do Variador de Freqüência

Head ft

60

50

40

30

10

20

1 estágio

70 Hz

60 Hz

65 Hz

55 Hz50 Hz

Potência do motor

hp

1.50

1.00

0,50

70 Hz

60 Hz65 Hz

50 Hz55 Hz

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Capacidade - Barris por dia

Variação das curvas de head e potência da bomba com a freqüência

A potência requerida pela bomba aumenta com o cubo da freqüência e deve estar limitada à potência nominal (disponível) do motor. Logo, o aumento da freqüência de trabalho deve ser feito com certos cuidados para não correr o risco de sobrecarregar e queimar o motor.

Vantagens da aplicação do VSD:

Flexibilidade operacional• : devido à possibilidade de ajuste da freqüência de operação, o VSD permite a modificação do ponto de operação pela alteração da curva de head. Isso é importante para o dimensionamento em projetos de poços cujos dados de reservatório não são completamente conhecidos;

Partida suave• : para um conjunto de BCS com partida direta, a corrente na partida pode chegar a ultrapassar a 5 vezes o valor da corrente nominal do motor. Isso não é benéfico para o sistema elétrico em geral. O uso do VSD minimiza esse fato. A partida suave é importante, também, para evitar produção de vazão inicial muito alta, o que pode levar à produção de areia;

RESERVADO

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Alta Competência

Retardamento da intervenção• : no decorrer do tempo de operação, a pressão estática do reservatório pode cair e a bomba desgastar, podendo atingir um ponto em que o conjunto de BCS não opere mais em uma situação com vazão e pressão na cabeça desejadas. Com o uso do VSD, pode-se amenizar esse problema, aumentando a rotação do motor pelo aumento da freqüência e levando o conjunto a operar em uma situação mais adequada.

2.2. Pressão na admissão da bomba

A pressão na admissão da bomba depende do escoamento à montante do conjunto BCS, ou antes, da admissão da bomba. Se este valor cair, pode ser reflexo: de aumento de vazão, que leva à redução da pressão de fluxo em frente ao canhoneado e ao aumento da perda de carga na tubulação até a bomba (considerando a pressão estática e a produtividade constantes); ou de queda da vazão por obstrução do fluxo a montante, queda da produtividade ou queda da pressão estática.

Se a pressão na admissão aumentar, pode ser reflexo da queda da vazão que leva ao aumento da pressão de fluxo em frente ao canhoneado e redução da perda de carga na tubulação até a bomba (considerando a pressão estática e produtividade constantes). Isso pode significar melhoria da produtividade ou aumento da pressão estática ou até desobstrução. É um parâmetro a ser utilizado como alarme na proteção do sistema BCS.

2.3. Temperatura do fluido na admissão

A temperatura do fluido na admissão da bomba é reflexo do escoamento à montante do conjunto BCS. Esse valor não é menor do que a temperatura do reservatório, a menos que a vazão seja muito baixa ou o poço esteja desligado. Então, este valor tende para a temperatura geotérmica do poço. Por ser um parâmetro de baixa variação, não é utilizado para a proteção do sistema BCS.

RESERVADO


89

2.4. Pressão na descarga

A pressão na descarga da bomba depende do escoamento à jusante do conjunto BCS ou à sua frente. Portanto, a variação desse parâmetro está associada a variações no sistema de escoamento do poço. Em geral, o aumento do valor da pressão na descarga está relacionado a restrições no escoamento, ocasionando queda de vazão. Essas restrições podem ser: aumento de pressão na superfície, fechamento de válvulas, aumento de perda de carga etc. Em caso de melhoria dos parâmetros de reservatório (IP ou Pe), que leva ao aumento de vazão, ocorre aumento do valor da pressão na descarga, devido ao aumento da perda de carga por fricção nos dutos, no entanto, a pressão na admissão também sobe.

A queda do valor da pressão na descarga está associada à redução de pressão na superfície, redução de perda de carga por fricção, desobstrução etc. É um parâmetro fundamental para se utilizar na proteção do sistema BCS, pois evita queima do motor por baixa vazão e protege o sistema contra altas pressões (caso de operação em shut-off ).

2.5. Partida do conjunto BCS

Após o dimensionamento e instalação, o sistema é entregue à operação. Um bom acompanhamento operacional do poço é muito importante, porque além de prevenir problemas e aumentar a durabilidade do sistema BCS, permite identificar e analisar as anormalidades ocorridas durante a operação e que servirão de experiência para se evitar problemas futuros.

O conjunto de BCS é dimensionado e, após a sua instalação, o sistema deverá ser colocado em operação e acompanhado continuamente. O ideal é que houvesse apenas a primeira partida do conjunto. Entretanto, sabemos que isso é quase impossível, tendo em vista os problemas operacionais, tais como falta de energia elétrica e outros, que exigem novas partidas do sistema.

A partida do conjunto BCS deverá ser realizada após os seguintes eventos:

RESERVADO

90

Alta Competência

Instalação;•

Desligamento do sistema para inversão de fase, caso seja • constatada a inversão;

Parada por problema operacional, como falta de energia, • alta pressão na planta, falha de componentes de superfície, instrumentação e outros;

Desligamentos necessários;•

Queda por subcorrente;•

Queda por sobrecorrente. •

Dentre os eventos acima, os indicativos de possíveis problemas no sistema são as atuações de sobrecorrente e subcorrente. Portanto, especial atenção deve ser dada a essas ocorrências, sob risco de perda da instalação.

ATENÇÃO

O intervalo entre partidas deve ser de no mínimo 30 minutos para as instalações com standing valve ou check na coluna e de uma hora para as demais instalações.

Isso busca evitar a repartida do conjunto girando no sentido contrário, devido ao retorno da coluna de fluido acima da bomba, que, além de causar stress no motor por submetê-lo a níveis mais elevados de corrente, pode levar à ruptura do eixo do conjunto.

RESERVADO


91

As partidas do conjunto BCS devem ser realizadas em shut-off, ou seja, fechado na cabeça do poço (ANC). Após a intervenção, a coluna se encontra com a standing valve instalada, permitindo a partida do conjunto com a coluna cheia. Quando a pressão na cabeça atingir uma pressão maior do que a pressão do oleoduto ou separador, a válvula de bloqueio deverá ser aberta para a condição de pressão de trabalho ou a prevista na SIB (Solicitação de Instalação de Coluna de BCS).

a) Partida do conjunto BCS após a entrega do poço

Se a instalação possuir DHSV, ela deverá estar aberta. Nessa situação, a coluna se encontra com a standing valve instalada, devendo estar cheia de fluido para que o poço possa partir em shut-off e apresentar resposta imediata à superfície.

Deve-se verificar se as válvulas da árvore de natal estão na condição correta para o teste, assim como se o alinhamento para o separador de teste está certo. Outras verificações são se o medidor, separador de teste, tanque de aferição, PI, TI, válvula portadora de orifício de medição de gás etc. estão em boas condições para o teste de recebimento do poço.

O TAP do transformador deverá estar o mais próximo possível da tensão solicitada pela SIB (considerar frações de 50 Volts como referência; para fração menor ou igual a esse valor, considerar o TAP inferior, caso contrário, considerar no TAP superior).

Ao partir o poço em shut-off, tem-se de observar a corrente de operação. Para evitar danos aos medidores, recomenda-se by-passá-los enquanto houver produção de fluido de completação, ajustando-se a vazão pelo uso dos tanques de aferição. Durante o teste, deve ser acompanhado o BSW do poço. Devido à coluna estar cheia de fluido de completação, tem-se de tomar cuidado para evitar que a vazão ultrapasse a máxima permitida para a bomba, pois esta leva ao seu desgaste. Quando o poço estiver limpo, há a necessidade de fazer um teste completo com duração mínima de 24 horas, passando pelo medidor.

RESERVADO

92

Alta Competência

Poderá ser necessário o desligamento do sistema para a inversão das fases à pressão na cabeça e corrente elétrica esperadas, caso a vazão esteja muito abaixo (40% ou mais) daquela esperada na SIB.

b) Partida após parada por shut-down

Deve-se partir os conjuntos BCS em shut-off, com um tempo médio de 5 minutos entre partidas, para cada instalação. O objetivo deste intervalo de 5 minutos é acompanhar a partida de cada instalação.

c) Partida após parada por sobrecorrente

Toda vez que ocorrer queda da instalação por sobrecorrente, antes de efetuar nova partida, deverão ser feitas as medições das resistências de isolação e de continuidade da instalação.

ATENÇÃO

A nova partida não deverá ser efetuada caso os 3 valores de resistência de continuidade estejam desbalanceados (desequilibrados) ou se for constatado que a resistência de isolação é zero.

Estando os parâmetros elétricos adequados (resistências de continuidade equilibradas e resistência de isolação superior a 0,2 Megaohm), deve-se partir o conjunto em shut-off, observando os parâmetros operacionais, isto é, corrente elétrica, temperatura e pressão na superfície. Havendo qualquer anormalidade, o fato tem de ser reportado.

Caso haja dificuldade de partida, pode estar ocorrendo algum travamento do conjunto. Uma alternativa possível é efetuar uma nova partida do conjunto com as fases invertidas. Nesse caso, se o conjunto partir, pode-se deixá-lo operar por cerca de 15 minutos, desligar, normalizar as fases e efetuar a nova partida após 1 hora.

RESERVADO


93

Se na situação anterior o poço não partir e a instalação não possuir packer, check valve ou tubing mounted, há outra alternativa possível: a injeção de fluido (de outro poço com BSW similar ou óleo diesel) pela coluna, para tentar “limpar” a bomba. O ideal é injetar por um tempo superior a uma hora, dependendo da vazão, que deve ser superior a 4 m3/h. Partir o conjunto em shut-off, observando os parâmetros operacionais.

d) Partida após parada por subcorrente

A subcorrente pode ocorrer devido a falhas no sistema elétrico, proteções e instrumentação. Portanto, é uma boa medida checar a instalação, principalmente, o relé, antes da nova partida do conjunto.

ATENÇÃO

A atuação dessa proteção também pode ocorrer em razão de uma redução brusca da vazão, prejudicando a refrigeração do motor. Por isso, não se deve trabalhar com o relé de subcorrente jampeado, sob pena de queimarmos o motor por falta de refrigeração. Também pode ocorrer subcorrente pela presença de volume excessivo de gás no interior da bomba ou ainda devido a uma ruptura do eixo do conjunto.

Deve-se partir o conjunto em shut-off, alinhar o poço para o separador e fazer, pelo menos, duas leituras estabilizadas de vazão, afinal, uma das causas para a queda por subcorrente é uma acentuada queda da vazão, fundamental para a boa operação do sistema. Vale ressaltar, mais uma vez, que também devem ser acompanhados os demais parâmetros operacionais, isto é, corrente elétrica, temperatura e pressão na superfície. Havendo qualquer anormalidade, o fato deve ser reportado.

RESERVADO

94

Alta Competência

1) Um poço que está operando com pressão mínima de cabeça possui um VSD instalado. Ao atuar no VSD e aumentar a freqüência de ope-ração do sistema em 10%, mantendo-se a pressão de cabeça, o que ocorrerá com a vazão?

( ) Aumentará 10%.

( ) Aumentará mais de 10%.

( ) Aumentará menos de 10%.

( ) Não se alterará.

2) Qual o requisito básico para se aumentar a freqüência de operação do sistema de BCS?

( ) A bomba estar trabalhando dentro do seu range de operação.

( ) O motor do conjunto de BCS estar operando com folga de potência.

( ) A plataforma ter tempo disponível para instalar o VSD.

( ) O poço possuir BSW baixo.

3) Após um shut-down, foi realizada medição de isolamento e continuidade do sistema de BCS e detectado a ocorrência de baixa-isolação. O que o técnico de operação deve fazer?

( ) Deixar o poço desligado.

( ) Avisar o apoio em terra.

( ) Colocar o poço em teste para verificar a vazão e BSW.

( ) Dar nova partida no sistema.

4) Se um conjunto de BCS operar com as fases invertidas, o que acon-tecerá com a sua vazão?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

2.6. Exercícios

RESERVADO


95

5) Por que se deve aguardar 30 ou 60 minutos, dependendo da com-posição da coluna, para efetuar nova partida no sistema de BCS?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

6) Ao detectar, por meio do relé, a ocorrência da queda do sistema de BCS por sobrecorrente, qual ação deve ser tomada pelo técnico de operação?




( ) Solicitar medição dos parâmetros elétricos, isto é, da resis-tência de isolamento e continuidade.

7) Qual a importância da proteção contra subcorrente?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

8) Após queda por sobrecorrente, foi realizada medição de isolamen-to e continuidade do sistema de BCS e detectada a ocorrência de boa isolação, e continuidade desbalanceadas. O que o técnico de opera-ção deverá fazer?

( ) Deixar o poço desligado e avisar o apoio em terra.



( ) Substituir o transformador.

9) Cite duas causas da parada do sistema de BCS por subcorrente:

_______________________________________________________________________________________________________________________________

10) Cite duas causas da parada do sistema de BCS por sobrecorrente:

_______________________________________________________________________________________________________________________________

RESERVADO

96

Alta Competência



BDP - Boletim Diário da Produção.

BHP - potência requerida no eixo do motor.


By-pass - desvio ou derivação de um circuito, geralmente relacionado a sistemas de fluxo.

Check valve (válvulas do tipo check) - permitem a passagem do fluxo em apenas um sentido.

DHSV (Down Hole Safety Valve) - dispositivo de segurança de subsuperfície.



Jumper (“Jampeada”) - a tradução significa salto. Na engenharia, significa um elo (ligação) entre dois pontos, passando a conectá-los diretamente, seja esta ligação hidráulica ou elétrica.

Packer - elemento vedante, vazado ou tamponado, utilizado em completação para isolar zonas com diferentes pressurizações. Também chamado obturador. Usado geralmente para promover vedação do anular entre coluna revestimento.

PI - Indicador de Pressão.

Range - escala, faixa de trabalho ou operação.

SIB - Solicitação de Instalação de Coluna de BCS.

Standing Valve - válvula de pé que permite o fluxo apenas no sentido ascendente.

TAP - valores de tensão de saída.

Tubing-mounted - composição de coluna de BCS, onde o conjunto de bombeio fica instalado dentro de uma cápsula.

VSD (Variable Speed Drive) - dispositivo eletrônico, capaz de receber a tensão alternada na freqüência da rede, retificá-la e convertê-la para a nova freqüência de operação.

2.7. Glossário

RESERVADO


97

Oliveira, Pedro S. A operação do Bombeamento Centrífugo Submerso. Apostila. Petrobras. Macaé: 2006.

2.8. Bibliografia

RESERVADO

98

Alta Competência

1) Um poço que está operando com pressão mínima de cabeça possui um VSD instalado. Ao atuar no VSD e aumentar a freqüência de operação do sistema em 10%, mantendo-se a pressão de cabeça, o que ocorrerá com a vazão?

( ) Aumentará 10%.

( X ) Aumentará mais de 10%.

( ) Aumentará menos de 10%.

( ) Não se alterará.

2) Qual o requisito básico para se aumentar a freqüência de operação do sistema de BCS?

( ) A bomba estar trabalhando dentro do seu range de operação.

( X ) O motor do conjunto de BCS estar operando com folga de potência.

( ) A plataforma ter tempo disponível para instalar o VSD.

( ) O poço possuir BSW baixo.

3) Após um shut-down, foi realizada medição de isolamento e continuidade do sistema de BCS e detectado a ocorrência de baixa-isolação. O que o técnico de operação deve fazer?

( ) Deixar o poço desligado.



( X ) Dar nova partida no sistema.

4) Se um conjunto de BCS operar com as fases invertidas, o que acontecerá com a sua vazão?

A vazão com as fases invertidas é inferior à vazão com as fases corretas.

5) Por que se deve aguardar 30 ou 60 minutos, dependendo da composição da coluna, para efetuar nova partida no sistema de BCS?

Para evitar ligar o conjunto de BCS girando ao contrário, o que pode levar à quebra do eixo.

6) Ao detectar, por meio do relé, a ocorrência da queda do sistema de BCS por sobrecorrente, qual ação deve ser tomada pelo técnico de operação?




( X ) Solicitar medição dos parâmetros elétricos, isto é, da resistência de isolamento e continuidade.

2.9. Gabarito

RESERVADO


99

7) Qual a importância da proteção contra subcorrente?

A proteção contra subcorrente evita que o sistema opere com vazões baixas, o que leva à queima do motor por sobreaquecimento.

8) Após queda por sobrecorrente, foi realizada medição de isolamento e continuidade do sistema de BCS e detectada a ocorrência de boa isolação, e continuidade desbalanceadas. O que o técnico de operação deverá fazer?

( X ) Deixar o poço desligado e avisar o apoio em terra.



( ) Substituir o transformador.

9) Cite duas causas da parada do sistema de BCS por subcorrente:

Eixo quebrado;

Presença de gás na bomba;

Vazão baixa.

10) Cite duas causas da parada do sistema de BCS por sobrecorrente:

Eixo travado;

Presença de areia;

Bomba desgastada;

Aumento de BSW.

RESERVADO

RESERVADO

Cap

ítu

lo 3

Controle da operação do conjunto BCS


• Identificar as formas de controle da operação do conjunto BCS;

• Reconhecer as recomendações para uma operação segura do conjunto BCS;

• Identificar os cuidados que se deve ter no manuseio e conservação dos componentes do conjunto BCS.

RESERVADO

102

Alta Competência

RESERVADO

Capítulo 3. Controle da operação do conjunto BCS

103

3. Controle da operação do conjunto BCS

Após o dimensionamento e instalação, o sistema é entregue à operação. Um bom acompanhamento operacional do poço é muito importante, pois além de prevenir problemas e

aumentar a durabilidade do sistema BCS, permite identificar e analisar as anormalidades ocorridas durante a operação e que servirão de experiência para se evitar problemas futuros.

Os poços equipados com BCS devem ser testados com freqüência regular e, se possível, pelo menos um teste deve ser feito mensalmente. Esse teste deve apresentar:

Vazão bruta;•

Pressão na cabeça;•

BSW• ;

RGO• ;

Temperatura de cabeça;•

Corrente de operação;•

Parâmetros dos sensores de fundo instalados;•

Teor de areia solicitado em poços com histórico de produção • de areia.

A análise do primeiro teste é importante para comparar os resultados esperados no dimensionamento, já os seguintes são importantes para verificar o comportamento do equipamento e do poço e eventuais problemas operacionais.

RESERVADO

104

Alta Competência

Deve-se ter muita atenção aos parâmetros operacionais relacionados ao desempenho do conjunto BCS e à produção do poço, a fim de se evitar a falha do conjunto e/ou queima do motor.

Caso a temperatura na cabeça do poço varie de 5 graus ou mais em relação ao último registro, a pressão de cabeça varie de 5 kgf/cm2 ou mais em relação ao último registro ou a corrente elétrica varie em torno de 2,5 ampères, o poço deverá ser colocado em teste, imediatamente, para a verificação de vazão. Também se deve determinar, nestes casos, o BSW do poço durante o teste e observar o comportamento da corrente elétrica do sistema.

Sempre que for colocado em teste, tem-se de observar se a vazão medida encontra-se no range de operação do conjunto BCS. Caso contrário, deve ser relatado o fato no BDP (Boletim Diário da Produção) e informado ao apoio em terra. A vazão do teste não pode ser inferior a 95% da vazão mínima e nem superior a 105% da vazão máxima. Caso a vazão esteja baixa, pode-se tentar aumentá-la com a redução da pressão na cabeça, se possível. Se a vazão estiver alta, pode-se reduzi-la com o aumento da pressão na cabeça. Se houver VSD instalado no sistema, pode-se fazer o ajuste de vazão com a variação da freqüência de operação, isto se houver disponibilidade de potência para tal, ou seja, folga de potência no motor, VSD e transformador.

3.1. Acompanhamento operacional

Em geral, na produção de petróleo ocorre produção de areia, mesmo que em pequenas quantidades, e também liberação de gás que está solubilizado no petróleo em altas pressões.

RESERVADO


105

a) Influência de gás na bomba

Quando possível, deve-se evitar a admissão de gás pela bomba, pois percentuais de gás livre elevados deterioram a curva de recalque (de líquido) da bomba. No entanto, o percentual de gás livre que pode ser manuseado pelas bombas depende da sua capacidade de vazão. Bombas de fluxo misto podem manusear mais gás do que as bombas de fluxo radial. Quando o percentual de gás livre na admissão da bomba puder ultrapassar a 10%, recomenda-se o uso do separador de gás ou, alternativamente, aprofundar a bomba ou reduzir a vazão.

A ilustração a seguir mostra o efeito do gás no head da bomba. Nesse caso, foi feito teste em bomba DN-1300, que é de fluxo radial:

30

25

20

15

10

5

4% vapor

0% vapor

25001000 1500 2000

Hea

d (f

t)

Vazão (bpd)

Padrão DN1 1300

Na ilustração a seguir, verifica-se o efeito do gás no head de uma bomba de baixa vazão. Observe que quando o volume de gás aumenta muito, a bomba para de elevar e cai por subcorrente (gas lock). Trata-se de uma bomba de fluxo radial:

0,20

Head ft

Capacidade (bbl/d)

Hp potência do motor

Efic. da bombaHead Capacity

Pum

p Onl

y Effi

cienc

y

Pump Only Load

0,10

50

40

30

20

10

20

25

15

10

5

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Influência do gás na vazão

Bloqueio de Gás

Influência do gás no comportamento da curva de desempenho da BCS

RESERVADO

106

Alta Competência

b) Incrustação

A incrustação, quando ocorre em torno do motor, tende a piorar a sua refrigeração, pois impede o contato do fluido com a carcaça do motor, podendo levar à sua queima. Quando isso acontece na bomba tende a provocar a sua obstrução. É possível fazer a injeção de anti-incrustrante quando se usa um cabo elétrico especial, composto por um pequeno tubo para injeção.

c) Parafina

A parafina leva a problemas similares à incrustação, podendo piorar a refrigeração do motor e provocar obstrução na bomba. É possível, também, nesse caso, injetar produtos que venham a remover a parafina.

d) Gases corrosivos

Os gases corrosivos provocam a corrosão dos componentes da bomba e do conjunto BCS como um todo. Pode-se especificar equipamentos especiais contra corrosão. Neste caso, os equipamentos são tratados para resistirem aos gases corrosivos, o que encarece muito os equipamentos.

e) Areia

A areia é um material que, de modo geral, encontra-se mesmo sob a forma de traços em todo fluido produzido. Quando a quantidade de areia é sentida pela bomba ou acumulada sobre ela em eventuais desligamentos do conjunto BCS, corre-se o risco de travamento da bomba. Admite-se que o teor de areia máximo para operar com BCS é de 0,005%. No entanto, esse valor é difícil de ser medido. Tem ocorrido travamento de bombas em poços com teores de areia inferiores a este. Além disso, as características da areia produzida, como granulomentria, geometria, solubilidade em ácido e quantidade de quartzo, também são importantes.

RESERVADO


107

3.2. Monitoramento e controle

As informações monitoradas continuamente são a corrente elétrica e a pressão na cabeça.

Medidas de resistência de isolação e continuidade são feitas discretamente, para acompanhamento desses parâmetros ou quando o conjunto cai por sobrecorrente. Um outro parâmetro importante a ser observado é a temperatura na cabeça, pois a variação deste valor indica problemas: se diminuir, por exemplo, pode ser indicativo de queda de produção.

O principal instrumento para monitoramento dos poços equipados com BCS é a carta amperimétrica, mostrada na figura adiante. O poço monitorado nesta carta vinha com uma corrente em torno de 42 ampères, oscilando, indicando a presença de gás na admissão da bomba. A pressão de cabeça era de 27 kgf/cm2. Em um dado momento, a corrente elétrica subiu para 51 ampères, passou a ficar estabilizada e houve também aumento da pressão de cabeça, que foi ajustada para 28 kgf/cm2. O poço foi colocado em teste e observou-se um aumento considerável da vazão, estando o BSW próximo de 100%, sendo que antes do problema o BSW era próximo de zero. A conclusão é que um BPP (tampão), que isolava duas zonas produtoras, havia desassentado.

A avaliação da carta amperimétrica é de grande importância para acompanhamento operacional e também para a análise de falhas, após a falha definitiva do conjunto BCS. As cartas amperimétricas têm sido substituídas pelos registros eletrônicos de dados históricos do sistema ESC (Estação de Supervisão e Controle). Nesse sistema tem sido monitoradas a pressão na cabeça, a corrente elétrica e a temperatura na cabeça.

RESERVADO

108

Alta Competência

100 90

5080 6070 40 30 20 10 0

100 90

5080 6070 30 20 10 0

18

20

22

40

CR

P 12

Carta amperimétrica

A ilustração a seguir apresenta um gráfico de tendência histórica do sistema ESC. O fato mais grave ocorrido foi a queda acentuada da pressão de cabeça de 57 kgf/cm2 para 6 kgf/cm2. O poço foi colocado em teste e observado vazão nula. A conclusão, após alguns testes, foi a de que havia um vazamento muito grande no interior do poço.

100

Dec 3017:20:17

Dec 3018:32:47

Dec 3019:45:17

Dec 3020:57:47

Dec 3022:10:17

88

75

63

50

38

25

13

0

Temperatura na cabeça do poço

Pressão na cabeça do poço

Corrente do motor

RESERVADO


109

A tabela a seguir mostra uma visão dos sintomas e suas possíveis causas, de acordo com os parâmetros monitorados:

Dados monitorados Sintomas Possíveis causas

Corrente

Sobrecorrente

Eixo travado

Curto-circuito (motor ou cabo)

Variação na tensão de alimentação

Motor contaminado

Aumento da viscosidade

Aumento do BSW

Sujeira (areia)

Subcorrente

Eixo partido

Fase invertida

Válvula fechada

Gás

Formação não alimenta, baixo IP

Obstrução na bomba

Obstrução na cauda

Furo na coluna

Recirculação

Oscilação

Gás

Sujeira

Variação do BSW

Variação da Viscosidade

RESERVADO

110

Alta Competência

Dados monitorados Sintomas Possíveis causas

Pressão na cabeça

Crescimento

Queda da vazão

Queda de BSW

Queda da viscosidade

Aumento da produtividade

Aumento da pressão estática

Queda

Aumento da vazão

Fase invertida

Válvula fechada

Aumento do BSW

Aumento da viscosidade

Redução da produtividade

Redução da pressão estática

Eixo partido

Recirculação

Furo na coluna (vazamento)

Desgaste da bomba

Obstrução da bomba

Obstrução da cauda

Oscilação

Variação da viscosidade

Variação do BSW

Gás

Sujeira

Resistência deContinuidade

Alta Fase aberta

Baixa Curto circuito

Desequilibrada

Motor queimado

Curto circuito

Fase aberta

Resistência deIsolação

Maior que zero Normal

Zero

Uma fase aterrada (cabo)

Mais de uma fase aterrada (cabo)

Motor contaminado

RESERVADO


111

O sensor de pressão e temperatura pode fornecer informações como:

Corrente de fuga;•

Vibração;•

Temperatura interna (óleo dielétrico do motor);•

Temperatura externa do fluido no • intake;

Pressão no • intake;

Pressão na descarga.•

A análise dessas informações permite a avaliação do desempenho do conjunto BCS (bomba) e do poço (reservatório). Assim, por exemplo, se um poço vem operando normalmente, com um determinado valor de pressão na admissão da bomba e ocorre uma variação brusca deste valor, podemos estar com um problema. Caso ocorra um vazamento pela coluna ou fechamento do poço por algum problema operacional, a pressão na admissão irá aumentar.

Outro dispositivo que pode ser usado para monitoramento do poço com ANC e sem barreira de segurança, é o sonolog, que permite determinar o nível dinâmico medido do poço. Verticalizando esse valor, pode-se determinar a pressão na admissão da bomba, por meio da submergência vertical da bomba. Observa-se que quando o nível dinâmico é muito profundo, a precisão do sonolog é reduzida.

RESERVADO

112

Alta Competência

3.3. Análise de falhas

O conjunto BCS possui vários componentes que podem apresentar problemas ou falhas. Essas falhas estão associadas à qualidade dos equipamentos e ao ambiente de aplicação. A fim de evitar a reincidência de falhas e conhecer a qualidade e confiabilidade dos componentes associados ao ambiente de aplicação, deve-se realizar o acompanhamento e análise das falhas, permitindo introduzir melhorias no processo e adequando a qualidade dos equipamentos ao ambiente onde estão sendo aplicados. Os sintomas mais frequentes de problemas nas instalações de BCS são:

Sobrecorrente;•

Perda de isolação (baixa isolação);•

Subcorrente;•

Baixa produção.•

Os sintomas acima são gerados por várias causas que podem ser isoladas ou combinadas. Alguns sintomas, como a perda de isolação, freqüentemente, levam à parada definitiva do BCS, pois acaba ocasionando curto-circuito. Existem também motivos não associados a falhas do sistema que levam à necessidade de interrupção da operação do conjunto BCS, como crescimento do BSW a valores próximos de 100%.

A seguir são apresentadas algumas causas que levam aos sintomas citados:

a) Perda de isolação (baixa isolação)

Selo e motor contaminado;•

Infiltração pelo • pot-head do motor;

Dano mecânico no cabo;•

Má refrigeração com queima do motor.•

RESERVADO


113

b) Sobrecorrente

Bomba gasta (desgaste natural ou desgaste prematuro);•

Deposição de areia;•

Eixo travado;•

Contaminação do motor;•

Aumento de • BSW e emulsão;

Queda de tensão de alimentação.•

c) Subcorrente

Eixo partido;•

Gás na admissão da bomba;•

Entupimento na admissão da bomba;•

Baixa produtividade ou cauda entupida.•

d) Baixa produção

Obstruções (cauda, bomba, coluna etc.);•

Queda de pressão estática;•

Queda no • IP;

Erro no dimensionamento;•

Bomba com baixo desempenho (desgastada);•

Vazamento na coluna (coluna furada).•

RESERVADO

114

Alta Competência

A análise de falha pode ser realizada em três níveis. Em um primeiro nível, denominado “nível 1”, são avaliados os problemas observados após a parada de operação e as tentativas de contorno. Nesse nível, é possível ter uma suspeita de qual seria o problema, no entanto, só será confirmado após outras análises, denominadas “nível 2” e “nível 3”.

A análise do “nível 2” é realizada após a retirada do conjunto BCS, onde pode ser confirmado o componente que falhou e o motivo da falha. A análise do “nível 3” é feita após a abertura do conjunto BCS, geralmente no momento do reparo na oficina do fornecedor dos equipamentos. Esta última análise fornecerá os detalhes finais da falha, inclusive propondo soluções para o problema.

Exemplo: um conjunto BCS, que operava há 1 ano normalmente, cai por sobrecorrente. O conjunto BCS é “megado” e apresenta 100 megaΩ de isolação. É medida a continuidade, apresentando os valores 3, 3 e 3Ω (valores similares ao da primeira medida, quando o conjunto entrou em operação). Foi feita uma primeira tentativa de partida do conjunto, sem êxito. A carta amperimétrica foi solicitada para verificação e indicava uma pequena oscilação da corrente elétrica, o que parecia ser indício de sujeira (areia). Outras tentativas de partida do conjunto foram realizadas, em fase invertida e após injeção de fluido de outro poço pela coluna do mesmo, também não obtendo êxito. Após as tentativas de partida, o conjunto BCS permaneceu, ainda, com os parâmetros de isolação e continuidade dentro da normalidade, no entanto, a instalação foi considerada falha.

RESERVADO


115

Análise de nível 1

O conjunto BCS falhou por sobrecorrente.


Após a retirada, constatou-se que a bomba estava com o eixo travado e com areia acumulada na cabeça de descarga. O componente que falhou foi a bomba e o motivo do problema foi travamento do eixo por acúmulo de areia.


Após a abertura da bomba na oficina do fabricante, constatou-se areia nos impelidores da bomba, confirmando a causa da falha.

Recomendação

Verificar o motivo da ocorrência de areia: se por problema operacional ou problema do poço que é produtor de areia. Se for operacional, elaborar procedimento para evitá-lo. Se o poço é produtor de areia, trabalhar com equipamentos resistentes a abrasão e procurar evitar sedimentação de areia sobre a bomba nas paradas do conjunto BCS ou realizar contenção de areia no poço.

Todas as instalações de BCS são registradas de forma detalhada, com informações da composição do conjunto BCS e da coluna de produção. Também são registrados as datas de entrada e saída de operação, o motivo da falha e o componente que falhou. A análise deste banco de dados permite conhecer o desempenho do método e os motivos das falhas, subsidiando os estudos de viabilidade de aplicação.

3.4. Segurança na operação

Na produção de petróleo, ocorre produção de areia junto com fluido e pode haver, também, liberação de gás durante o escoamento na profundidade da bomba. A passagem de areia pela bomba pode ocasionar o travamento de eixo, levando ao que se chama de sobrecarga. Isso resulta na sobrecorrente do sistema elétrico que aciona o motor. A proteção contra sobrecorrente no sistema elétrico deve estar sempre operacional a fim de evitar riscos ao sistema.

RESERVADO

116

Alta Competência

Quando há frações de gás elevadas dentro da bomba, pode ocorrer baixa carga, ocasionando a baixa corrente no sistema elétrico que alimenta o motor, acionando a bomba. Também deve ser programada a proteção contra subcorrente no sistema elétrico. A presença de areia, levando a maior carga na bomba, pode provocar a quebra do eixo da bomba, resultando na subcorrente e na proteção contra subcorrente deve atuar.

Deve-se evitar o fechamento de válvulas durante a operação da bomba, pois isso reduz a vazão do poço ou torna a vazão nula, ocasionando o desgaste prematuro da bomba, além de colocar todo o sistema de escoamento em risco, pois as pressões de shut-off (válvula fechada) destas bombas podem ser muito elevadas.

3.4.1. Cuidados e conservação

Os componentes principais do conjunto BCS: motor, selo e bomba que possuem grandes comprimentos devem ser sempre armazenados, preenchidos com óleo mineral para preservação. Isso evita corrosão e lubrifica os componentes internos dos equipamentos, impedindo que ocorra travamento. Esses equipamentos são acondicionados em caixas metálicas de comprimentos compatíveis e calçados em dois pontos, a um quarto do comprimento da caixa, em relação à extremidade da caixa de cada lado. A caixa deve ser marcada no lado em que se encontra o topo do equipamento. Para o transporte dessas caixas, deve-se respeitar o mesmo espaçamento anterior para fixação das eslingas para içamento. Essas medidas são recomendadas para evitar danos aos equipamentos e deformação permanente dos mesmos.

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1) Quais os principais problemas que ocorrem nas bombas operando no bombeamento de petróleo?

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2) Que problemas a presença de areia pode trazer para a bomba cen-trífuga submersa?

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3) Por que a bomba centrífuga submersa deve ser preenchida com óleo mineral para preservação?

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4) Qual deve ser a primeira ação a ser tomada pelo técnico de opera-ção, caso detecte qualquer anormalidade no funcionamento do sis-tema de BCS?

( ) Desligar o sistema e medir parâmetros elétricos.

( ) Não mexer, pois o sistema se normalizará sozinho.



5) Se ocorrer a ruptura do eixo do intake do conjunto de BCS, qual a função do relé de proteção?

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3.5. Exercícios

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Alta Competência



BPP - tampão.


ESC - Estação de Supervisão e Controle.


Intake - dispositivo utilizado para conectar o protetor à bomba e permitir a entrada de fluido.


Pot-head - conexão do cabo chato ao motor.

RGO - razão entre o volume de gás liberado no óleo medidos em condições padronizadas.

SIB - Solicitação de Instalação de Coluna de BCS.

Sonolog - registrador sônico utilizado para obtenção do nível de líquido no anular.

VSD (Variable Speed Drive) - dispositivo eletrônico, capaz de receber a tensão alternada na freqüência da rede, retificá-la e convertê-la para a nova freqüência de operação.

3.6. Glossário

RESERVADO


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Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: <www.bakerhughesdirect.com>. Acesso em: 30 mar 2009.

Centrilift Hughes. Submersible Pump Handbook. 1974.

CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 11a ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1991.

Gomes, Jurandir Antônio. Curso Básico de Bombeio Centrífugo Submerso. Petrobras, 1999.

Machado, José Carlos Vieira. Reologia e Viscometria. Petrobras. CEN-NOR.

Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentos. Disponível em: <www.slb.com>. Acesso em: 30 mar 2009.

3.7. Bibliografia

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Alta Competência

1) Quais os principais problemas que ocorrem nas bombas operando no bombeamento de petróleo?

Falhas elétricas do cabo que alimenta o motor;

Falha do motor que aciona a bomba;

Falha do selo protetor levando a contaminação do motor que aciona a bomba;

Quebra de eixo dos componentes levando a subcarga;

Travamento de eixo da bomba levando a sobrecarga;

Bloqueio da bomba por gás, quando a fração de gás na admissão é muito alta levando a subcarga.

2) Que problemas a presença de areia pode trazer para a bomba centrífuga submersa?

Travamento do eixo da bomba, levando a sobrecarga;

Erosão e desgaste da bomba, reduzindo o seu desempenho.

3) Por que a bomba centrífuga submersa deve ser preenchida com óleo mineral para preservação?

Os componentes principais do conjunto BCS devem ser sempre armazenados, preenchidos com óleo mineral para preservação. Isso evita corrosão e lubrifica os componentes internos dos equipamentos, impedindo que ocorra travamento.

4) Qual deve ser a primeira ação a ser tomada pelo técnico de operação, caso de-tecte qualquer anormalidade no funcionamento do sistema de BCS?

( ) Desligar o sistema e medir parâmetros elétricos.

( ) Não mexer, pois o sistema se normalizará sozinho.

( X ) Colocar o poço em teste para verificar a vazão e BSW.


5) Se ocorrer a ruptura do eixo do intake do conjunto de BCS, qual a função do relé de proteção?

A proteção contra subcarga, pois a quebra do eixo do intake faz a corrente de operação diminuir consideravelmente.

3.8. Gabarito

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Bombeio Centrifugo Submerso