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Monografia de Petroleo
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OTIMIZAO DA PRODUO EM CAMPO DE PETRLEO
PELO ESTUDO DO PROBLEMA DE LOCALIZAO DE POOS
E UNIDADES DE PRODUO
Roberta Gomes de Souza Santana
Projeto de Graduao apresentado ao Curso de
Engenharia de Petrleo da Escola Politcnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessrios obteno do ttulo de
Engenheiro.
Orientador: Prof. D. Sc. Virglio Jos Martins Ferreira
Filho.
Coorientador: M. Sc. Vincius Ramos Rosa
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL JULHO, 2012.
ii
Gomes de Souza Santana, Roberta. Otimizao da Produo em
Campo de Petrleo pelo Estudo do Problema de Localizao de Poos
e Unidades de Produo / Roberta Gomes de Souza Santana. Rio de
Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2012.
xvi, 121 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Virglio Jos Martins Ferreira Filho
Coorientador: Vincius Ramos Rosa
Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso
de Engenharia do Petrleo, 2012.
Referncias Bibliogrficas: p. 110-111.
1. Localizao de Poos. 2. Anlises Estatsticas. 3.
Modelagem de reservatrios. I. Ferreira, Virglio. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politcnica,
Curso de Engenharia do Petrleo. III. Titulo.
iii
Dedicatria Dedico este trabalho minha famlia, que sonhou com a minha formatura,
abdicou de seus desejos para viver a minha luta, e vencemos.
iv
Agradecimentos
minha me, que foi e sempre ser o alicerce de todo meu crescimento e de
tudo que hoje posso me orgulhar do que sou.
Ao meu pai, que, de maneira brilhante, tornou-se uma inspirao do que ser pai
e amigo.
minha irm, que, nos momentos mais difceis, fez ser clara a importncia do
companheirismo, compreenso e amizade.
Ao professor e orientador Virglio Jos Martins Ferreira Filho pelos
ensinamentos e por estar inteira disposio sempre que necessrio.
Ao coorientador Vincius Ramos Rosa, que esteve sempre disponvel e tornou
esse trabalho possvel.
Schlumberger, pelo suporte dado a este trabalho atravs da cesso da sute de
softwares de simulao de reservatrios.
Ao Minitab Inc., pela permisso de uso de seu software Minitab nesse projeto.
Ao CNPq, pelo apoio financeiro e suporte ao longo do desenvolvimento desse
trabalho.
UFRJ pela disponibilidade do laboratrio LORDE, que me forneceu o
ambiente e ferramentas necessrias para a confeco desse projeto.
Aos meus colegas de turma, pelos 5 (cinco) anos de trabalho e cooperao, pelas
amizades criadas e por tudo que me ensinaram, tanto pessoalmente quanto
profissionalmente.
Roberta Gomes de Souza Santana
v
Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro do Petrleo.
Otimizao da Produo em Campo de Petrleo pelo Estudo do Problema de
Localizao de Poos e Unidades de Produo
Roberta Gomes de Souza Santana
Julho/2012. Orientador: Virglio Jos Martins Ferreira Filho Curso: Engenharia de Petrleo
O presente projeto apresenta um processo de determinao da melhor localizao de
poos e unidades produtoras em um campo de petrleo a fim de melhor a performance
do reservatrio e otimizando o volume de leo recuperado, maximizando a
rentabilidade. O processo apresentado usa diversas anlises estatsticas sob os valores
resultantes de simulaes de reservatrios em softwares comerciais, sob determinadas
consideraes e parmetros. Anlise de sensibilidade e a metodologia de superfcies de
resposta so tambm aplicadas para a melhor compreenso de como cada poo
influencia na produo total e como a localizao da plataforma e/ou manifold pode ser
alterada para a otimizao da produo. O mtodo demonstrado sendo aplicado em um
campo de escala real, com dados sintticos e objetiva ser mais uma maneira de guiar a
tomada de decises sobre um projeto de desenvolvimento de um campo produtor.
Palavras-chave: localizao de poos, anlises estatsticas, Plackett-Burman, modelagem
e simulao de reservatrios.
viii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Petroleum Engineer.
Production Optimization by Solving the Well and Unit Production Location Problem
Roberta Gomes de Souza Santana
July/2012.
Advisor: Virglio Jos Martins Ferreira Filho
Course: Petroleum Engineering
This Project provides a process for determining the Best location of well and
production units in an oil field in order to optimize the reservoir performance and the
volume of recovered oil, maximizing the profitability. The process uses various
statistical analyses presented in the reservoir simulation results, under considerations
and parameters. Sensibility analysis and response surface methodology is also applied
to a better understanding of how each well influence the total production and the
location of the platform and/or manifold can be changed to optimize the production. The
method is shown being applied on a field scale with synthetic data. It aims to be a new
way of guiding decision-making on a project to develop a field production.
Keywords: well location, statistics analysis, Plackett-Burman, modeling and reservoir
simulation.
2
Sumrio
1 Introduo: ........................................................................................................................... 1
1.1 Estruturao do trabalho: .............................................................................................. 3
2 Definio do problema: ........................................................................................................ 3
3 Geoengenharia do petrleo: .................................................................................................. 6
3.1 Migrao do petrleo:................................................................................................... 7
3.2 Rocha reservatrio ........................................................................................................ 7
3.3 Rocha Selante ............................................................................................................... 8
3.4 Principais propriedades do reservatrio ........................................................................ 8
3.4.1 Propriedades da Rocha ......................................................................................... 8
3.4.2 Mecanismos de produo ................................................................................... 10
3.4.3 Os mecanismos de produo de um reservatrio so: ......................................... 10
3.4.4 Propriedades dos Fluidos .................................................................................... 13
3.5 Modelagem de Reservatrios ..................................................................................... 19
3.5.1 Prospeco .......................................................................................................... 19
3.5.2 Incertezas geolgicas: ......................................................................................... 22
3.6 Heterogeneidade do reservatrio ................................................................................ 24
3.6.1 Upscaling ............................................................................................................ 24
3.6.2 Petrel .................................................................................................................. 25
3.7 Simulao de Reservatrios ........................................................................................ 25
3.7.1 Fluxo em meio poroso ........................................................................................ 25
3.7.2 Eclipse ................................................................................................................ 32
4 Sistemas martimos de produo ........................................................................................ 35
4.1 Tipos de poos ............................................................................................................ 36
4.1.1 Poo vertical: ...................................................................................................... 36
4.1.2 Poos horizontais: ............................................................................................... 36
4.1.3 Poos Tipo 1: ...................................................................................................... 36
4.1.4 Poos Tipo 2: ...................................................................................................... 36
4.1.5 Poos Tipo 3: ...................................................................................................... 36
4.1.6 Poos Tipo Designer (3D): ................................................................................. 36
3
4.2 Tipos de completao ................................................................................................. 38
4.2.1 Completao a poo aberto: ................................................................................ 38
4.2.2 Liner rasgado ou canhoneado: ............................................................................ 39
4.2.3 Revestimento canhoneado: ................................................................................. 40
4.2.4 Mtodos para controle da produo de areia:...................................................... 40
4.3 Arranjo de poos ........................................................................................................ 42
4.4 Manifolds ................................................................................................................... 44
4.5 Unidades Estacionrias de Produo (UEPs) .............................................................. 45
4.5.1 UEPs fixas .......................................................................................................... 45
4.5.2 UEPs flutuantes .................................................................................................. 47
4.6 Parmetros para a definio da UEP em um projeto de desenvolvimento. ................. 50
4.7 Linhas de produo e risers: escoamento e estocagem de leo ................................... 51
5 Elevao e escoamento ....................................................................................................... 57
5.1 Fluxo na coluna e linhas de produo: ........................................................................ 59
5.1.1 Fluxo bifsico ..................................................................................................... 59
5.1.2 Relaes do Escoamento Bifsico ...................................................................... 62
5.1.3 Perda de presso no fluxo bifsico: .................................................................... 65
5.2 Simulao de fluxo: Pipesim .................................................................................... 69
5.2.1 Correlao de fluxo multifsico vertical e horizontal: ........................................ 69
6 Localizao de facilidades .................................................................................................. 69
6.1 Ferramentas estatsticas .............................................................................................. 70
6.1.1 Anlise de experimentos de Plackett-Burman .................................................... 70
6.1.2 Superfcie de resposta ......................................................................................... 75
6.1.3 Minitab ............................................................................................................. 78
7 Metodologia de Soluo ..................................................................................................... 79
7.1 Partio do reservatrio: planejamento dos poos ...................................................... 80
7.2 Simulao dos cenrios criados .................................................................................. 80
7.3 Anlise de sensibilidade para definir o melhor cenrio .............................................. 80
7.4 Criao da equao de superfcie de resposta para cada poo e global ....................... 81
7.5 Anlise da viabilidade econmica do projeto ............................................................. 84
8 Estudo de caso: FIELD....................................................................................................... 84
4
8.1 Planejamento dos poos ............................................................................................. 93
8.2 Otimizao da localizao dos poos ......................................................................... 94
8.3 Representao do solo marinho usando isovazes ...................................................... 96
8.4 Simulao de Fluxo: Pipesim: .................................................................................. 96
8.5 Superfcie de Resposta para obteno da equao que representa perda de carga
multifsica entre o fundo do poo e a plataforma: .................................................................. 99
8.6 Clculo das vazes de leo ao longo do tempo correspondentes s possveis posies
da plataforma ....................................................................................................................... 102
8.7 Clculo do valor presente lquido ............................................................................. 103
9 Concluses e discusses ................................................................................................... 105
10 Sugestes de desenvolvimento futuros ......................................................................... 108
11 Referncias bibliogrficas ............................................................................................ 109
12 ANEXO I ............................................................................ Erro! Indicador no definido.
1
1
1 Introduo:
O petrleo e seus derivados so partes importantes e determinantes para a matriz
energtica mundial e para a produo de bens em diversas escalas, influenciando o
desenvolvimento econmico dos pases, seja pela produo, comercializao ou
utilizao em diversos nveis da cadeia produtiva mundial. Nessa perspectiva,
relevante o estudo e desenvolvimento de mtodos que permitam a otimizao da
produo de campos petrolferos, seja durante o planejamento ou durante a operao,
favorecendo a lucratividade e o aumento de volume da matria-prima disponvel.
Utilizando informaes tcnicas das fases iniciais da explorao de um campo
de petrleo necessria a definio da estratgia de desenvolvimento do campo
considerado, a fim de adequar a tecnologia disponvel para tal rentabilidade esperada
da produo, gerenciando o volume de petrleo possvel de ser extrado. Uma das
etapas desta definio a localizao de facilidades consideradas no projeto para
maximizar sua rentabilidade. No entanto, em um campo a ser estudado, existem
infinitas possibilidades de estruturao da estratgia, o que traz a necessidade de
estabelecimento de consideraes prvias que reduzam o universo de opes para guiar
o processo de definio do plano de desenvolvimento, de forma a permitir que,
rapidamente, possam conhecer as possibilidades que mais se aproximam da soluo
tima final. Como variveis de projeto podem ser citadas a localizao e tipo de poos
produtores. Um aproveitamento eficiente de um campo produtor depende das decises
de longo prazo tomadas nos primeiros estgios do desenvolvimento.
Como o ponto focal para a determinao do plano final de desenvolvimento de
um campo o valor presente lquido do projeto, baseado no volume estimado de leo a
ser produzido, necessrio fazer tais previses. A ferramenta mais utilizada para
realizar esta estimativa de produo de leo, gs e gua a simulao de fluxo em meio
poroso em reservatrios. Nela, o reservatrio representado por um modelo de
simulao, desenvolvido a partir das seguintes informaes: a profundidade da
formao e suas caractersticas geomtricas, a temperatura e presso o qual est
submetido, as propriedades de rocha e fluidos (leo, gs e gua), a presena ou no de
um aqufero e de fraturas, a disposio dos poos de produo e injeo e as condies
de operao de cada poo. Essa a melhor forma de estimar a produo por cada opo
de estratgia considerada.
2
Faz-se ento necessrio o estudo do fluxo dos fluidos produzidos do reservatrio
a unidade de produo. Nesse momento, o escoamento multifsico necessita ser
considerado para que haja a garantia da chegada da produo at seu destino final.
Durante o escoamento, ocorre a perda de energia do fluido devido frico das
partculas fluidas entre si e entre partculas fluidas com a parede interna do tubo, em
funo da extenso da tubulao, de sua rugosidade, de seu dimetro e da velocidade do
escoamento. Ainda existem as perdas que se devem a qualquer acessrio que altere a
velocidade do escoamento do fluido tais como o aumento ou reduo de turbulncia, a
mudana de direo e a variao de dimetro. Assim, uma possvel reduo no
comprimento de tubulao a que esse fluido estaria submetido reduziria a perda de
energia. Nesse ponto de vista, a localizao da plataforma de produo e possveis
manifolds relevante dentro do escopo de otimizao do plano de desenvolvimento a
ser estabelecido.
Ainda, a reduo das distncias a serem percorridas pelos dutos que conectam os
poos s plataformas e a necessidade de equipamentos adicionais vai ao encontro do
objetivo de maximizao do valor presente lquido do projeto por meio de reduo dos
custos de operao e de instalao de equipamentos (dutos, manifolds e etc.). Segundo
FRANCO[8], a maior frao dos custos de projeto est relacionada s linhas de
produo de tubulaes necessrias, o que torna a reduo da utilizao destas
importante para o aumento da rentabilidade.
Nesse projeto descreve-se uma metodologia para a otimizao do valor presente
lquido de um projeto de desenvolvimento de um campo produtor, considerando a
localizao de poos produtores, manifold e plataforma de produo, a fim de trazer
viabilidade econmica ao campo, guiando a tomada de deciso da equipe de
planejamento com ferramentas simples, agilizando a determinao da estratgia final. O
reservatrio estudado tratado com softwares comerciais de modelagem e simulao. O
fluxo de fluidos pelo solo marinho recebe uma descrio especfica que auxilia o
entendimento de como ser localizada a plataforma de produo. O fluxo dos fluidos
atravs dos dutos de escoamento analisado tambm com a ajuda de software comercial
e so aplicadas diversas ferramentas estatsticas (Planejamento de Experimentos e
Superfcie de Resposta,) sobre os valores obtidos das simulaes de reservatrio e das
anlises de fluxo para que esses dados sejam interpretados de forma simples e possam
nortear a tomada de decises de definio do layout submarino do projeto.
3
1.1 Estruturao do trabalho: O presente estudo encontra-se estruturado em 10 captulos, incluindo esta
introduo a qual descreve a origem, os objetivos, uma breve reviso bibliogrfica e a
motivao deste estudo. No segundo captulo apresentado o contexto fsico do
problema estudado: os sistemas martimos de produo. A teoria relativa elevao e
escoamento utilizada neste trabalho descrita resumidamente no terceiro captulo. O
quarto captulo trata das ferramentas estatsticas e computacionais necessrias para o
projeto. Enquanto o quinto captulo descreve a metodologia usada para trabalhar o
problema, o sexto captulo descreve o estudo caso e seus detalhes, modelagem aplicada
e resultados obtidos. A anlise dos resultados do problema exemplo, concluses e
recomendaes para trabalhos futuros so descritos no stimo captulo. O oitavo
captulo rene a bibliografia utilizada neste estudo.
2 Definio do problema:
Uma explorao eficiente de campos de petrleo depende de importantes decises a
longo prazo tomadas no incio do desenvolvimento desse campo. A fim de reduzir
custos e incertezas, alm de maximizar os lucros, diversos mtodos tm sido propostos
para a otimizao da produo com o auxlio da localizao das estruturas necessrias
para permitir o fluxo de fluidos do reservatrio at a unidade de produo. Os
problemas de localizao de facilidades tratados em diversos artigos so modelados por
programao linear, mtodos de simulao, mtodos heursticos e programao
dinmica. Nesse aspecto, o trabalho aqui proposto busca o uso de ferramentas
computacionais que tratam ferramentas estatsticas e usam baixo volume de
processamento computacional, aps resultados de simulao de reservatrios.
DOGRU [6]entende a necessidade de reduzir o custo da perfurao em um projeto
de explorao e trabalha com a otimizao da posio da plataforma para atingir seu
objetivo. Ainda, foca na reduo de tempo computacional e considera as caractersticas
do reservatrio em suas anlises. Aplica a Teoria Grfica, uma programao no linear,
para localizar os poos e cria as possibilidades de layout submarino possveis para o
plano de desenvolvimento, dimensionando plataformas e planejando a rede de dutos de
4
escoamento. Muitos autores, como GRIMMETT[9], focam seus estudos no
desenvolvimento de algoritmos que interajam com as decises de projeto, como
trajetrias de poo e mtodos de completao, para a minimizao de custos por
anlises matemticas, localizando as facilidades no solo marinho.
DAMSLETH et. al.[5] apresenta uma aplicao conjunta da anlise de
experimentos com a metodologia de superfcies de resposta, que sero explicadas no
captulo 5, para propor uma alternativa de desenvolvimento de um campo de petrleo no
Mar do Norte. Seu objetivo foi mostrar a obteno de um cenrio equivalente ao j
aplicado ao campo com poucas simulaes, ou seja, com baixo uso computacional,
mostrando que h aplicabilidade dessas teorias na indstria de petrleo, o que no
feito extensivamente. Essa a principal ideia da aplicao da anlise de experimentos
que tambm usada no presente trabalho. Os autores concluem o trabalho, mostrando
com os resultados obtidos a viabilidade de obteno de cenrios de produo
equivalente com 30 a 40% menos de uso de simulaes de reservatrios.
VANEGAS et. al. [22] usa as mesmas duas metodologias que DAMSLETH et.
al.[5], com foco em analise de incertezas da produo de um campo a partir dos valores
possveis de VPL para a viabilidade do campo. Este trabalho usa variveis diferentes do
presente estudo, mas ainda estuda a performance do reservatrio e da estrutura
produtora instalada. A anlise de experimentos possibilitou quantificar o impacto das
incertezas do reservatrio na produo final e a regresso para a construo das
superfcies de resposta facilitou a visualizao da soluo para o problema proposto.
BEGGS [2] em seu estudo de otimizao de produo por anlise nodal prope a
soma de equaes para a descrio de um nico padro de fluxo por uma superfcie.
Considera que cada n de um sistema de fluxo estabelece um padro de fluxo por uma
superfcie e esse padro pode ser descrito por uma equao. Essa equao ser funo
dos parmetros que governam esse fluxo. O estudo verifica que as equaes formadas
pelo comportamento individual de cada n podem ser somadas e descrever o
comportamento do sistema. A integrao das metodologias usadas nos trabalhos usados
como referncia para esse projeto permitiu a construo de uma sequncia de aplicaes
de ferramentas para a soluo do problema de localizao de poos e facilidades, sob
determinadas consideraes.
A relevncia do presente trabalho est na integrao de diversas etapas de
determinao de uma boa soluo para uma estratgia de desenvolvimento de campo de
petrleo. Os trabalhos usados como base trabalham separadamente a localizao de
5
poos, estudos de fluxo de fluidos e localizao de facilidades e aqui essas etapas sero
tratadas como partes de um nico projeto, necessrias para delinear uma opo rentvel
de desenvolvimento de campo petrolfero, formada a partir de uma metodologia
especfica. J YETEN et. al [24] estudam a aplicao conjunta da metodologia de
superfcie de respostas e planejamento de experimentos, que sero tratadas no captulo
5, para a otimizao da produo. Entende-se que elas podem ser usadas
complementarmente, concluindo, aps a aplicao sobre dados de campos sintticos e
reais, que essa combinao parece ser a mais adequada para entender quais so os
parmetros mais influentes no resultado final da produo. Os autores comparam a
eficincia da combinao sequencial do uso do planejamento de experimentos com a
metodologia de superfcie de resposta, variando os modelos da anlise de experimentos
usados e o grau da equao da superfcie (linear, quadrtica e outros formatos mais
complexos). O objetivo foi reduzir o tempo de anlise dos parmetros, atingir a
rentabilidade do projeto e determinar os parmetros mais influentes para a otimizao.
Como concluso relevante para o presente projeto, destaca-se o modelo de Plackett-
Burman como o mais adequado para estimar os parmetros mais influentes para os
casos estudados.
O problema exemplo FIELD desenvolvido tendo como base um cenrio com um
campo de petrleo sinttico. O objetivo localizar uma plataforma de produo
flutuante interligada a poos satlites. So consideradas caractersticas do sistema
martimo de produo, reservatrio, geometria de poos e propriedade de fluidos.
Para a resoluo do problema, so feitas as seguintes consideraes:
Escoamento bifsico (leo e gua);
Poos verticais;
Apenas poos produtores;
Geometria da linha de interligao entre manifold e unidade de produo
simplificada por uma trajetria perpendicular;
Anlise da produtividade do campo nos oito primeiros anos;
Solo marinho plano;
Lmina dgua de 1000m.
6
As consideraes aqui determinadas reduzem as variveis e interferncias
durante o uso das ferramentas estatsticas e de otimizao, focando o presente projeto na
aplicao e desenvolvimento da metodologia.
3 Geoengenharia do petrleo:
A busca por petrleo fora a imaginao de volta ao passado, a pensar 200 ou
300 milhes de anos atrs e encontrar o local onde o leo pode ter sido formado.
Gelogos otimizam essa busca assumindo suposies sobre o desenvolvimento da Terra
e dos reservatrios de leo e gs, que ocorrem a partir do acmulo de matria orgnica,
normalmente plncton e outros organismos microscpicos aquticos. O cenrio muitas
vezes um mar raso, mas pode ser um lago, rio, recife de coral ou tapete de algas. A
busca comea por sedimentos depositados em ambientes aquticos. Em seguida, a rea
deve ser uma bacia, uma depresso na crosta terrestre que pode ter quilmetros de
espessura. Para um ambiente criar petrleo, o material orgnico deve ser submetido a
quatro etapas importantes e consecutivas: soterramento, calor, presso e migrao.
A criao de petrleo exige no s a convergncia de sorte de todas estas
condies no lugar certo, mas tambm no momento certo. Para que o reservatrio seja
efetivo, e necessrio ter a rocha selante que evite sua contnua migrao. O gs no
reservatrio resultado da degradao das longas cadeias de carbono formadoras do
petrleo em funo da ao de elevadas temperaturas e presses presentes nas rochas
geradoras. A rocha geradora e a rocha reservatrio devem estar prximas uma da outra
de modo a serem conectadas por falhas que permitem a migrao do petrleo. Apesar da
necessria proximidade, as idades geolgicas destas rochas podem estar separadas por
milhes de anos.
Apesar de os quatro quesitos para a criao de um reservatrio de leo ou de
gs so constantes, h uma variedade quase interminvel de reservatrios. Alguns so
camadas planas de rocha, outros so curvos, como uma tigela invertida, fraturados ou
inclinados. O trabalho do gelogo reconstruir o passado da Terra para entender onde o
petrleo e gs foram formados e onde ainda podem ser encontrados hoje.
7
3.1 Migrao do petrleo: Para ter uma acumulao de petrleo necessrio que, aps o processo de
gerao, ocorra a migrao e que esta tenha seu caminho interrompido pela existncia
de algum tipo de armadilha geolgica.
Do estudo dos fatores controladores da ocorrncia do petrleo, a migrao o
mais questionado, o menos conclusivo, e o que mais suscita polmica entre os gelogos
de petrleo. Acredita-se que o petrleo gerado em uma rocha dita fonte, ou geradora, e
se desloca para outra, onde se acumula, dita reservatrio. A explicao clssica para o
processo atribui papel relevante fase de expulso da gua das rochas geradoras, que
levaria consigo o petrleo durante o processo de compactao. Outra explicao estaria
no microfraturamento das rochas geradoras. Isto facilitaria o entendimento do fluxo
atravs de um meio de baixssima permeabilidade, assim como a constituio das rochas
geradoras so as rochas argilosas (folhelhos).
A expulso do petrleo da rocha onde foi gerado chama-se de migrao
primria. Ao seu percurso ao longo de uma rocha porosa e permevel at ser
interceptado e contido por uma armadilha geolgica d-se o nome de migrao
secundria. A no conteno do petrleo em sua migrao permite a migrao at que
ocorram exsudaes, oxidao e degradao bacteriana do leo na superfcie.
3.2 Rocha reservatrio O petrleo, aps ser gerado e ter migrado, eventualmente acumulado em uma
rocha que chamada de reservatrio: rocha sedimentar, normalmente arentica,
calcarentica ou carbontica, contendo hidrocarbonetos. Para se constituir em um
reservatrio deve apresentar espaos vazios no seu interior (porosidade) e que estes
vazios estejam interconectados, conferindo-lhe permeabilidade. Algumas rochas, como
folhelhos e alguns carbonatos, normalmente porosos, porm impermeveis, podem ser
reservatrios quando se apresentam naturalmente fraturados.
Uma rocha-reservatrio, de uma maneira geral, composta por gros unidos
por um material chamado de cimento. Tambm existe entre os gros outro material
muito fino: a matriz. O volume do reservatrio a soma do volume dos gros, matriz e
comento, e dos espaos vazios entre o material slido.
8
Figura 3.1 - Desenho de uma seo transversal de uma amostra de rocha (ROSA et. al.[16])
3.3 Rocha Selante Existe a necessidade de uma barreira que pare a contnua migrao de petrleo
para superfcie em funo de sua menor densidade. Essa barreira chama de rocha
selante e tem como principal caracterstica a baixa permeabilidade. Alm disso, a rocha
deve ser dotada de plasticidade, o que permite manter sua capacidade selante mesmo
sob esforos deformantes. Folhelhos e evaporitos so selantes por excelncia. A
extenso e espessura determinam a eficincia selante.
3.4 Principais propriedades do reservatrio
3.4.1 Propriedades da Rocha
3.4.1.1 Porosidade
A porosidade uma das mais importantes propriedades das rochas, j que
mede a capacidade de armazenamento de fluidos pela rocha. Ela pode ser definida como
a relao entre o volume de vazios e o volume total da rocha:
=
Equao 3.1
onde o volume poroso ou de vazios, o volume total da rocha.
A porosidade depende as forma, da arrumao e da variao de tamanho dos
gros da rocha reservatrio, alm do grau de cimentao da rocha. A porosidade que se
desenvolveu quando da converso do material sedimentar em rocha denominada
9
primria. No entanto, a rocha pode ser submetida a esforos mecnicos, podendo
resultar em fraturas e ento ao aparecimento de mais espaos vazios: a porosidade
secundria. Em rochas calcrias, comum a ocorrncia da dissoluo de parte dos
slidos por ataque de gua, o que d origem tambm porosidade secundria.
Quanto mais porosa a rocha, mais fluido poder estar contido em seu interior.
A porosidade efetiva a relao entre os espaos vazios interconectados e o volume
total da mesma, sendo o valor que se deseja quantificar, porque representa o espao
ocupado por fluidos que podem ser deslocados no meio poroso.
A porosidade medida por perfis eltricos no poo ou por ensaios de
laboratrio.
3.4.1.2 Compressibilidade Efetiva
Quando fluidos so produzidos de uma rocha-reservatrio, o esgotamento dos
mesmos no espao poroso leva a uma variao de presso interna da rocha levando-a a
tenses resultantes diferentes. Essa variao de tenses provoca modificaes nos gros,
nos poros e algumas vezes no volume total da rocha.
A compressibilidade efetiva muito importante no estudo de reservatrios e
expressa a variao de volume de poros em funo da variao de presso ao qual a
rocha est submetida.
= 1 [ 2 ]1 Equao 3.2
onde p a presso.
3.4.1.3 Permeabilidade
Como citado anteriormente, alta porosidade no suficiente para garantir um
fluxo eficiente de fluido atravs da rocha reservatrio. A permeabilidade avalia a
capacidade de uma rocha permitir o fluxo de fluidos. Quando existe apenas um nico
fluido, chamamos de permeabilidade absoluta, definida pelo engenheiro francs
Henry DArcy (1803-1858) que descreveu o fluxo de um fluido em meio poroso linear:
= .. (1 2) []
Equao 3.3
10
onde a viscosidade do fluido, A a rea de fluxo, q a vazo, L o comprimento do
meio poroso (1 2) o diferencial de presso de entrada e sada do meio poroso. 3.4.2 Mecanismos de produo
Os mecanismos de produo de um reservatrio so:
Mecanismo de gs em soluo;
Mecanismo de capa de gs;
Mecanismo de influxo de gua;
Mecanismo combinado.
Para uma perfeita compreenso dos mecanismos de produo precisaremos saber alguns
termos usuais em reservatrio:
RGO (razo gs/leo) - quociente entre as vazes instantneas de gs e de leo,
medidas em condies-padro;
RAO (razo gua/leo) - quociente entre as vazes instantneas de gua e de
leo, medidas em condies-padro;
Corte de gua (cut) - frao ou porcentagem definida pelo quociente entre as
vazes instantneas de gua e de lquidos (leo + gua), medidas em condies-
padro.
Fator de recuperao - frao ou porcentagem do volume original de
hidrocarbonetos (medido em condies-padro) recuperada durante a vida
produtiva de um reservatrio.
3.4.2.1 Mecanismos de Gs em Soluo
A produo de fluidos provoca reduo na presso, que por sua vez, alm de
proporcionar a vaporizao de mais componentes leves, acarreta a expanso dos fluidos.
Como o gs muito mais expansvel que o lquido, basicamente devido sua
expanso que vai acontecer o deslocamento do lquido para fora do meio poroso. Ento,
o mecanismo exatamente esse: a produo o resultado da expanso do gs que
inicialmente estava dissolvido e que vai saindo de soluo. Quanto mais a presso cai,
mais o gs se expande e mais lquido deslocado. A figura 3.2 mostra o decaimento da
11
presso em dois patamares: at que a presso fique abaixo da presso de saturao e
aps esse ponto. Ainda, mostra o teor de gua na produo praticamente constante e a
razo gs-leo da produo com aumento rpido aps a presso atingir a presso de
saturao da mistura.
Figura 3.2 - ROSA et. al. [16]
3.4.2.2 Mecanismo Capa de Gs
A zona de lquido colocada em produo, enquanto a zona de gs
preservada, j que a principal fonte de energia para a produo est no gs da capa. O
mecanismo funciona da seguinte maneira: a zona de leo colocada em produo, o
que acarreta uma reduo na sua presso devida retirada de fluido. Essa queda de
presso se transmite para a capa de gs, que se expande penetrando gradativamente na
zona de leo. O gs da capa vai ocupando espaos que anteriormente eram ocupados
pelo leo. A figura 3.3 abaixo mostra a queda de presso gradativamente com o
aumento da razo gs-leo na produo. Os picos da RGO se do pela intruso de bolas
de gs na rea de canhoneado.
12
Figura 3.3 - ROSA et. al. [16][16]
3.4.2.3 Mecanismo de Influxo de gua
O mecanismo se manifesta da seguinte maneira: a reduo da presso do
reservatrio, causada pela produo de hidrocarbonetos, aps certo tempo transmitida
e se faz sentir no aqufero, que responde a essa queda de presso atravs da expanso da
gua nele contida e da reduo de seu volume poroso H, portanto uma invaso da zona
de leo pelo volume de gua excedente. Essa invaso, que recebe o nome de influxo de
gua, vai, alm de manter a presso elevada na zona de leo, deslocar este fluido para os
poos de produo. A figura 3.4 mostra a queda de presso e crescimento da razo
gua-leo com o tempo de produo. Esse crescimento mais rpido que o crescimento
da razo gs-leo no mecanismo anterior.
Figura 3.4 - ROSA et. al. [16]
13
3.4.2.4 Mecanismo Combinado
Trata-se da combinao dos trs meios anteriormente mencionados. Os fluidos do reservatrio so, simultaneamente, estimulados pelo influxo de gua e pela capa de gs existente. 04. Fluxo
Figura 3.5 - ROSA et. al. [16]
3.4.3 Propriedades dos Fluidos
As propriedades dos fluidos existentes nos reservatrios de petrleo constituem
importantes informaes para o estudo do comportamento desses reservatrios. De
preferncia, essas propriedades devem ser determinadas experimentalmente em anlises
de laboratrio, mesmo muitas vezes sendo estimadas pelo uso de bacos ou correlaes
empricas por motivos econmicos ou operacionais.
3.4.3.1 Saturao de Fluidos
Define-se saturao de um determinado fluido em um meio poroso, como
sendo a frao ou a porcentagem do volume de poros ocupado pelo fluido.
= Equao 3.4
onde f indica o fluido para o qual est sendo calculada a saturao. A saturao
expressa geralmente, em porcentagem.
So = saturao do leo
Sw = saturao da gua
14
Sg = saturao do gs
+ + = 1 Equao 3.5
Figura 3.6 - Fludos da Formao - leo, gua e gs (ROSA et. al.[16])
Mtodos de determinao da saturao dos fludos do reservatrio:
a) Mtodos Diretos
Ocorre atravs de amostragem.
b) Mtodos Indiretos
Ocorre atravs de perfis eltricos, presso capilar.
Os problemas na amostragem ocorrem na retirada do testemunho, trajeto entre
o poo e o laboratrio e com o filtrado da lama de perfurao. Torna-se complexo a
manuteno das condies de reservatrio sobre o fluido retirado e, assim, anlise de
suas caractersticas e comportamento ao longo da vida produtiva do campo.
3.4.3.2 Compressibilidade
A compressibilidade define-se como sendo uma variao infinitesimal do
volume por unidade de variao de presso. Em termos mais simples, a propriedade
que a matria apresenta quando sofre a ao de foras adequadamente distribudas,
tendo seu volume diminudo. Como na rocha reservatrio, importante conhecer a
variao de volume de cada fluido em funo da variao da presso. A determinao
similar ao da rocha e usa a mesma unidade.
A compressibilidade isotrmica de um lquido pode ser escrita como:
= 1
15
Equao 3.6
Onde a massa especfica do fluido.
J para gases, a compressibilidade isotrmica dada como:
= 1
Equao 3.7
Onde p a presso que o gs est submetido.
3.4.3.3 Fator Volume-Formao
Chama-se volume-formao () a razo entre o volume que a fase i ocupa em
condies de presso e temperatura quaisquer e o volume que ela ocupa em condies
de superfcie. O fator volume formao do leo () na equao 3.8 expressa o volume
da mistura numa condio de presso e temperatura qualquer necessrio para se obter
uma unidade do volume de leo nas condies de superfcie.
= + , () Equao 3.8
Consideraremos a gua com um fator volume-formao que no ir depender
das condies do reservatrio, sendo um fluido incompressvel, ou seja, Bw = 1.
3.4.3.4 Viscosidade
A viscosidade de um fluido afetada pelas variaes de temperatura e presso.
Indica a resistncia do fluido ao fluxo e medida em centipoise (cp).
3.4.3.5 Permeabilidade efetiva e relativa
Como uma rocha reservatrio sempre contm dois ou mais fluidos, a
permeabilidade absoluta no uma medida adequada para compor as variveis que
definem a facilidade com que cada fluido se move no meio poroso. A permeabilidade
efetiva ao fluido considerado uma medida mais adequada, pois dependem das
saturaes de cada um dos fluidos no meio poroso. A cada valor de saturao existe um
valor correspondente de permeabilidade efetiva quele fluido, como pode ser observado
na Figura 3.8.
16
Figura 3.7 - ROSA et. al. [16]
A permeabilidade relativa resultado da normalizao dos valores de
permeabilidade efetiva pela permeabilidade absoluta. Observe nas Figuras 3.8 e 3.9
como as permeabilidades absolutas e relativas se comportam em relao saturao de
gua.
Figura 3.8 - Permeabilidade efetiva (ROSA et. al.[16])
17
Figura 3.9 Permeabilidade relativa (ROSA et. al.[16])
3.4.3.6 Presso Capilar
Quando dois os mais fluidos imiscveis so colocados em um recipiente, os
mais densos ficam embaixo, formando uma superfcie horizontal de separao entre os
fluidos. Isto no ocorre em um meio poroso de capilares de diferentes dimetros, pois a
superfcie de separao no ser mais brusca, existindo uma zona de transio devido
ao de fenmenos capilares. Os fenmenos capilares so resultantes das atraes de
molculas de diferentes substncias na massa fluida. Uma molcula situada no interior
do lquido estar equilibrada por ser atrada igualmente em todas as direes pelas
molculas que a cercam. O mesmo no ocorre com uma molcula na superfcie, que no
ser atrada igualmente por estar cercada por molculas de tipos diferentes.
A fora que impede o rompimento da superfcie, por unidade de comprimento,
chama-se tenso superficial, entre fluidos gasosos e lquidos; ou interfacial entre
fluidos lquidos. J a fora que tende a puxar uma superfcie para o centro chama-se
fora capilar que, se dividida pela rea de contato, chama-se presso capilar, que so
fatores que influem a eficincia do escoamento do fluido de interesse pelo reservatrio.
18
3.4.3.7 Molhabilidade
A molhabilidade uma propriedade relativa, no podendo ser observada
individualmente como uma relao absoluta entre o fluido e a rocha. Essa propriedade
expressa a tendncia que um fluido tem em aderir-se s paredes do reservatrio em
detrimento a outro fluido presente no meio. Esta medida atravs da anlise do ngulo
de contato do fluido com a rocha como mostrado na Figura 3.11.A propriedade da
molhabilidade varia de acordo com os fluidos e os slidos envolvidos.
Figura 3.10 Alfa Connection, website
3.4.3.8 Razo de mobilidade
Costuma-se definir a razo de mobilidade M como o conceito que relaciona as
principais propriedades dos fluidos envolvidas no deslocamento. A razo de
mobilidades a relao entre a mobilidade da gua w (fluido deslocante), e a
mobilidade do leo o (fluido deslocado) tal como apresentado na Equao 3.9:
=
Equao 3.9
em que a mobilidade da gua e do leo esto indicadas pelas Equaes em
3.10:
= =
Equao 3.10
19
em que krw permeabilidade relativa da fase gua, kro a permeabilidade
relativa da fase leo, o a viscosidade do leo e w a viscosidade da gua.
3.5 Modelagem de Reservatrios
A primeira etapa de um programa exploratrio a realizao de um estudo
geolgico com o propsito de reconstituir as condies de formao e acumulao de
hidrocarbonetos em uma determinada regio. So elaborados mapas que descrevem a
regio para a melhor escolha do programa de explorao a ser aplicado, bem como
tentam dimensionar suas propriedades.
3.5.1 Prospeco
A prospeco visa fundamentalmente localizar em uma bacia sedimentar as
situaes geolgicas apresentem condies para a acumulao de petrleo e verificar
quais tem mais chances de conter petrleo em condies comercializveis. Os mtodos
de prospeco so separados em geolgicos, potenciais e ssmicos. Eles no so
absolutos e devem ser analisados em conjunto, complementam-se em informaes
relevantes.
3.5.1.1 Mtodos geolgicos
a) Geologia de superfcie: atravs do mapeamento das rochas que afloram
na superfcie.
b) Aerofotogrametria e fotogeologia: construo de mapas geolgicos a
partir de fotos tiradas de avies devidamente equipados.
c) Geologia de subsuperfcie: a partir de um poo exploratrio, analisando
amostras dos cascalhos e correlacionando poos na mesma regio de interesse.
20
Figura 3.11 - Geologia de superfcie (THOMAS[21])
3.5.1.2 Mtodos potenciais:
a) Gravimetria: entre outras utilidades, analisa a densidade de rochas em
subsuperfcie, podendo identificar presena anmala de densidade como possvel
acumulao de leo ou domo salino.
b) Magnetometria: tem o objetivo medir pequenas variaes na intensidade
do campo magntico terrestre.
21
Figura 3.12 Gravimetria (THOMAS[21])
3.5.1.3 Mtodos ssmicos:
Inicia-se com a gerao de ondas elsticas, atravs de fontes artificiais, que se
propagam pelo interior da Terra, onde refletidas e refratadas nas interfaces que separam
rochas de diferentes constituies petrofsicas e retornam superfcie, onde so
captadas por equipamentos de registro (geofones, se em terra, e hidrofones, no mar). Os
dados adquiridos so processados, podendo ser exibidos em vrias dimenses,
auxiliando a interpretao das estruturas em subsuperfcie. O mapa gerado pode
incrementar os projetos de perfurao, localizando com mais preciso a trajetria do
poo. Poos exploratrios podem tambm ser fontes de informaes ssmicas, ajudando
a captar informaes da geologia ao redor do poo.
A maior parte dos dados no pode ser medida diretamente, necessitando de
ajustes para contabilizar os efeitos da geometria dos equipamentos e fluidos do poo. Os
mtodos de aquisio de dados so interpretados e, como foi dito, so complementares
entre si, na tentativa de reduzir ao mximo as incertezas inseridas no modelo geolgico
final. A interpretao final um resultado de anlise de distribuies probabilsticas
sobre cada parte de volume do reservatrio em questo. A anlise estatstica da
distribuio dos valores dados pode levar a melhores estimativas entre pontos medidos
22
e, assim, a heterogeneidade do reservatrio melhor representada. A geoestatstica usa
a correlao espacial de valores medidos de uma propriedade para estimar o valor da
propriedade em outros locais e pode integrar diferentes fontes de dados.
Figura 3.13 - Resultado ssmico 3D (THOMAS[21])
3.5.2 Incertezas geolgicas:
Quando modelamos um reservatrio passamos por vrias fases de construo
da integrao dos dados geolgicos. Isso vai refletir na preciso dos modelos, na
resoluo e na distribuio das propriedades que queremos modelar. O processo de
determinar as incertezas do modelo geolgico sempre complexo devido ao elevado
nmero de variveis que devem ser consideradas. As infinitas realizaes possveis na
simulao estocstica de um reservatrio podem ser obtidas variando-se a fonte de
aquisio de dados ou os diferentes dados empregados na construo do modelo.
Tradicionalmente, perfilagens e dados ssmicos so usados para caracterizar o
reservatrio, mas ambos mantm vazios de informaes, dados seus limites de
resoluo eficiente. Perfilagens tem uma boa resoluo vertical, em escala de
centmetros, mas coleta informaes de uma poro muito pequena de todo o
23
reservatrio. Dados ssmicos sofrem de baixa resoluo tanto verticalmente como
horizontalmente. Entre perfilagens e dados ssmicos, ainda existem lacunas de
informaes, dificultando a caracterizao de reservatrios.
Dadas as dificuldades de obteno de dados na modelagem de reservatrios, os
valores de propriedades da rocha obtidos podem ser normalmente distribudos,
expressando o valor mais provvel de ser compatvel com a realidade da rocha. Assim,
os valores adotados das propriedades da rocha reservatrio no espao so resultados
probabilsticos, inserindo incertezas ao resultado final de modelagens e simulaes.
ROSA[17] mostra a importncia do uso da estatstica na caracterizao de reservatrios
de petrleo. Como as propriedades do reservatrio so desconhecidas, acredita-se que
cada ponto da regio definida pelo reservatrio esteja associado a uma srie de funes
de densidade de probabilidade, associando cada propriedade a uma varivel aleatria. A
anlise de perfis, de testemunhos e outras fontes de dados trazem valores absolutos das
propriedades da rocha, no sendo, portanto variveis aleatrias. O valor medido passa
ento a ser a mdia da varivel aleatria cuja funo de distribuio definida dentro do
volume onde houve a medio, podendo ser usado para estimar a mdia da varivel
aleatria em outros pontos do reservatrio. A figura abaixo ilustra um reservatrio que
teve pontos com propriedades medidas e outros no.
Figura 3.14 - Distribuio de uma propriedade de reservatrio (SAMPAIO[18])
24
Figura 3.15 - Histograma da porosidade obtido no Petrel
Esse projeto utiliza a anlise probabilstica das propriedades de reservatrio,
usando as ferramentas computacionais que sero descritas a seguir para que as
incertezas inseridas sejam plenamente analisadas e consideradas durante os planos de
desenvolvimento do campo.
3.6 Heterogeneidade do reservatrio
Informaes sobre as propriedades das rochas constituem-se em fatores
decisivos para o estudo do comportamento de reservatrios de petrleo e, portanto, a
sua coleta e a sua interpretao devem merecer uma ateno especial. A caracterizao
da heterogeneidade de um reservatrio importante para entender e otimizar a produo
de leo e gs. Reservatrios podem conter unidades litolgicas impermeveis e uma
distribuio heterognea de porosidade e permeabilidade que so, ainda, afetadas por
um conjunto de falhas que alteram o fluxo de fluidos dentro do reservatrio. A
heterogeneidade do reservatrio ocorre numa escala de metros, controlada pela
estratificao, mudana de fluidos residentes e efeitos diagenticos.
3.6.1 Upscaling
Modelos geolgicos podem conter milhes de informaes em uma nica
clula, contudo a capacidade computacional muitas vezes limitada para suportar tal
volume de informaes. Assim, um modelo menos detalhado pode ser necessrio para
que a modelagem e simulaes computacionais sejam possveis. A tcnica usada
chamada de upscaling, quando os valores das propriedades de uma regio do modelo
25
so simplificadas por um nico valor mdio das clulas prximas, reduzindo as
caractersticas inerentes e, assim, a complexidade do modelo.
3.6.2 Petrel
Petrel um software da Schlumberger que integra dados de mtodos de
prospeco de reservatrios de leo de mltiplas fontes. Isso permite que o usurio
interprete dados ssmicos, de poos de correlao, construindo modelos de reservatrio
que podem ser simulados e ter os resultados da simulao visualizados. Ainda, permite
o clculo de volume de leo in place e o estudo de campanhas de desenvolvimento do
campo que maximizem o volume produzido. O software suporta a anlise ssmica at a
simulao, trazendo o todo o fluxo de dados, permitindo que riscos e incertezas ao
longo da vida produtiva do reservatrio sejam avaliados.
3.7 Simulao de Reservatrios
3.7.1 Fluxo em meio poroso
O estudo do fluxo nos meios porosos tem como ponto central uma equao,
chamada equao da difusividade hidrulica ou simplesmente equao da difusividade,
a partir da qual so desenvolvidas solues para as diversas situaes em que os
reservatrios podem se encontrar. A equao da difusividade hidrulica, como
utilizada na engenharia de reservatrios, obtida a partir da associao de trs equaes
bsicas: equao da continuidade, que uma equao de conservao de massa, a lei de
Darcy, que uma equao de transporte de massa, e uma equao de estado que tanto
pode ser uma lei dos gases, como a equao da compressibilidade para o caso de
lquidos, ROSA et. al.[16].
3.7.1.1 Equao da continuidade:
O texto desse tpico baseado no trabalho de HARTMANN[11]. Essa lei,
descrita na equao 3.11 diz que o excesso do fluxo de massa, por unidade de tempo,
entrando ou saindo de qualquer elemento infinitesimal de volume de controle somado a
um termo fonte e multiplicado pela densidade igual mudana por unidade de tempo
na densidade desse mesmo elemento multiplicada pelo volume vazio desse elemento..
26
()
= . (. ) + () Equao 3.11
Considere uma clula que durante determinado intervalo de tempo ocorre
movimentao de fluido atravs de seu meu poroso, o que significa que houve entrada e
sada de fluido atravs de suas faces. Considera-se tambm a presena de um poo
injetor mp nesta clula, como mostra a Figura 3.17 abaixo:
Figura 3.16 - Fluxo de fluidos atravs de uma clula (HARTMANN[11])
O caso mais geral aquele que ocorre movimentao do fluido nas trs
direes, x,y e z. O fluido penetra no meio poroso atravs de uma face perpendicular a
cada uma das direes e sai pela face oposta. A Figura 3.17 ilustra a movimentao no
fluido nas trs direes, em destaque descritivo, a direo x. O fluido que se desloca
nessa direo, ao entrar no meio poroso o faz atravs da face A, normal direo x, e ao
sair, o faz atravs da face oposta A. O mesmo raciocnio pode ser utilizado para os
fluxos nas direes y e z. importante salientar a presena de um fluxo mssico injetor,
representado por mp, por exemplo, um poo injetor.
Matematicamente, podemos descrever a figura 3.17 atravs da equao 3.12:
27
= Equao 3.12
Onde me o fluxo mssico na entrada, sendo considerado por conveno positivo e ms o fluxo mssico na sada, negativo.
Sabe-se que a massa (m) de um determinado fluido contido em um elemento
infinitesimal que estamos utilizando como parmetro :
= Equao 3.13
Expandindo os termos da equao 3.13 temos que:
= + + + Equao 3.14
= + + + + + + Equao 3.15
No entanto, pode-se escrever ainda que o fluxo mssico de entrada em cada
uma das direes :
= = = Equao 3.16
E, o fluxo mssico de sada em x, y e z:
+ = + () + = + () + = + ()
Equao 3.17
28
= Equao 3.18
Com as equaes acima 3.14 e 3.18, a equao 3.13 pode ser reescrita. Com as
simplificaes necessrias, teremos:
()
= ()
()
()
+ (, ) Equao 3.19
O termo (, ) possui unidades [1], mas se a equao for divida por dxdydz, este termo fonte passar a ter unidade de [31], o que demonstra que a equao 3.19 pode ser reescrita como:
()
= ()
()
()
+ () Equao 3.20
As equaes 3.19 e 3.20, apesar da sua aparente sofisticao, representam
apenas um balano de materiais que pode ser explicada como sendo a diferena entre a
massa que entra e a massa que sai nas trs direes do fluxo se iguala variao da
massa dentro do meio poroso.
3.7.1.2 Lei de DArcy:
Em 1856, Henry DArcy concluiu, observando resultados de experincias para
a purificao de gua atravs da utilizao de filtros de areia, que existia uma relao
direta entre a vazo que atravessava o leito da areia e a diferena de carga associada a
essa vazo. Um esquema do aparelho usado por DArcy pode ser observado na Figura
3.18.
29
Figura 3.17 Fonte: Faculdade do Sul da Bahia, material didtico
Em suas experincias, DArcy tambm concluiu que as dimenses do leito
poroso afetavam os resultados obtidos e apresentou a relao matemtica que se tornaria
a base para a compreenso do fenmeno do escoamento de fluidos atravs de meios
porosos.
= 1 2
Equao 3.21
Onde q a vazo volumtrica travs do leito poroso, K uma constante de
proporcionalidade que depende do meio poroso, A a rea transversal do meio poroso,
L o comprimento do leito poroso e (h1-h2) a diferena de carga dgua associada
vazo obtida.
Para a deduo da equao da difusividade necessria a associao da
equao da continuidade com uma lei que rege o transporte de fluido no meio poroso,
ou seja, com a Lei de DArcy:
= Equao 3.22
30
Onde s uma trajetria de fluxo qualquer, a permeabilidade do meio poroso
na direo do fluxo, o peso especfico do fluido, a viscosidade do fluido e o
potencial de fluxo. O potencial de fluxo o agente responsvel e propulsor do
deslocamento do fluido no meio poroso. Os fluidos se deslocam sempre de pontos de
maior potencial para pontos de menor potencial, como, por exemplo, o deslocamento do
fluido para pontos de menor presso ou menor densidade.
3.7.1.3 Equao de estado:
So equaes que representam as compressibilidades dos fluidos e da rocha.
Para o fluxo de lquidos, pode-se usar a equao geral da compressibilidade dos fluidos:
= 1
Equao 3.23
A compressibilidade da rocha pode ser usada a anteriormente explicitada:
= 1 [ 2 ]1 Equao 3.24
A compressibilidade dos gases no ser citada novamente, por o reservatrio
usado no apresentar gs in place, no exemplo solucionado por esta monografia.
3.7.1.4 Equao da difusividade:
A equao da difusividade clssica apresentada considera:
Meio poroso homogneo e isotrpico;
Fluxo estritamente horizontal e isotrmico;
Trecho do poo aberto ao fluxo penetrando totalmente a formao;
Permeabilidade constante;
Pequenos gradientes de presso;
Fluido com compressibilidade pequena e constante, e viscosidade
constante;
Foras gravitacionais desprezveis;
Fluidos e rochas no reagente entre si.
31
Essas aproximaes e consideraes do origem equao a partir da
combinao das equaes da continuidade, de estado e da Lei de DArcy:
2
2+ 22
+ 22
= 1
Equao 3.25
Onde =
e ct, a compressibilidade total, escrita como:
= + + Equao 3.26
3.7.1.5 RGO, RAO e BSW:
Os projetos de recuperao secundria que injetam gua, cedo ou tarde
produziro quantidades crescentes de gua. No incio, com pequena produo de gua,
mede-se o chamado BSW (basic sediments and water) que a frao de gua produzida,
comparada com a produo total.
A razo gs-leo (RGO) a relao entre a vazo de gs e a vazo de leo,
medidas nas condies de superfcie. Uma razo gs-leo elevada pode ser o indicador
de numerosos componentes mais volteis na mistura lquida do reservatrio ou de
gerao de capa de gs secundria no reservatrio. Quando a produo de gua atinge
valores elevados, ela medida pela razo gua-leo (RAO).
3.7.1.6 ndice de produtividade
A presso do reservatrio decresce com o tempo de produo, isto , com a
produo acumulada durante a vida do reservatrio, e para cada valor de presso do
reservatrio, existem elementos na equao de DArcy que permanecem constantes, os
quais dependem das caractersticas da formao e dos fluidos produzidos, como
permeabilidade e viscosidade do fluido. Ento, a razo da vazo medida e do diferencial
de presso entre o reservatrio e o fundo do poo chamada de ndice de produtividade
(IP), sendo um indicativo da produtividade do poo. Em consequncia disso, a equao
de DArcy pode ser escrita da seguinte forma:
= ( ) Equao 3.27
32
Para fluxo de uma s fase em condies estabilizadas, ou seja, acima da
presso de saturao, o IP dos poos assumido constante e linear, como o caso dos
reservatrios com influxo de gua ativa. Para o fluxo bifsico, isto , quando a presso
de fluxo em frente aos canhoneados estiver abaixo da presso de saturao, ou seja,
existe gs saindo de soluo dentro do reservatrio, o IP no chega a ser linear. A
saturao de gs prximo ao poo aumentar com o consequente aumento na
permeabilidade relativa ao gs. Isto provocar uma diminuio na permeabilidade
relativa ao leo, e diminuio no IP, ou seja, quanto menor a presso dinmica de
fundo, maior a saturao de gs prximo ao poo, menor permeabilidade relativa ao
leo e, portanto, menor o IP.
Figura 3.18 Curva de IPR Linear. Fonte: Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010.
3.7.2 Eclipse
Eclipse um simulador de reservatrios que oferece solues numricas de
previses de comportamento do reservatrio, considerando diversos nveis de
complexibilidade estruturais, geolgicos, de fluidos e de desenvolvimento. Permite a
modelagem dos fluidos do reservatrio sob diferentes condies (modelo Black Oil,
composicional).
A integrao do Petrel e Eclipse permite uma interface simples e clara do fluxo
de dados e informaes, permitindo controle de poos, operaes de planejamento e
33
aplicao de mtodos especiais de recuperao. Ainda, a integrao prope um melhor
entendimento sobre as incertezas inseridas, otimizando o fator de recuperao do
volume de leo in place. As simulaes e modelagens podem incluir anlises de
sensibilidades e de incertezas.
O programa oferece dois modelos diferentes para a anlise dos fluidos do
reservatrio. Um deles o Black Oil, que consiste em modelar os hidrocarbonetos como
uma mistura de trs componentes (leo, gua e gs) em trs fases (lquido, gs e gs em
soluo), podendo estes componentes ser miscveis em diversas propores. Este
modelo utilizado quando as reservas de leo e a quantidade de leo recupervel
necessitam ser determinadas, mas a influncia da composio das fases no
comportamento do fluxo no considerada. Atravs deste software possvel tambm a
simulao de sistemas com mais de quatro componentes, onde este quarto componente
pode vir da injeo de fluidos que sejam miscveis aos hidrocarbonetos do reservatrio.
A abordagem black oil largamente utilizada na prtica e na grande maioria dos estudos
de simulaes de reservatrio e de escoamento.
O modelo composicional considera no somente a presso e a temperatura do
reservatrio, mas tambm as composies das diversas fases eventualmente presentes
no meio poroso. til quando uma equao de estado requerida para descrever o
comportamento fluido da fase do reservatrio ou as mudanas composicionais
associadas com a profundidade. Este modelo a escolha correta para estudar
condensados, leos muito volteis, programas da injeo do gs e estudos secundrios
da recuperao. O conhecimento do comportamento composicional requerido tambm
para o exato planejamento e projeto das instalaes de produo de superfcie.
No presente projeto, os inputs de simulaes no Eclipse foram:
malha com os dados geolgicos do reservatrio;
propriedades dos fluidos e rocha;
parmetros rocha-fluido;
condies iniciais;
dados de poos onde se definem as condies de operao.
34
3.7.2.1 Simulao Black-Oil
Como citado anteriormente, o modelo black-oil no considera a composio
das fases e, ainda:
a) no existem trocas de componentes entre as fases;
b) uma fase ocorre entre o gs e o leo, isto , o gs se move em soluo ou
no no leo, mas no ocorre vaporizao do leo para a fase gs. Assim, desconsidera-
se a condensao do gs ou vaporizao do leo;
As equaes que regem o comportamento black-oil so:
-Para a gua:
. []
( ) = Equao 3.28
- Para o leo:
. []
( ) = Equao 3.29
- Para o gs:
. []
( ) + . [] + = + Equao 3.30
Onde Bi so os fatores volume de formao, i so as massas especficas dos
fluidos, pi so as variaes de presso dos fluidos, Rs a razo definida por como a
razo dos volumes de gs e leo em superfcie, e Qi so as vazes de produo dos
fluidos.
O comportamento da produo de fluidos ao longo do tempo resultado da
anlise das equaes mostradas acima, junto com a Equao 3.26, que formam o
conjunto das quatro equaes essenciais para a simulao de reservatrios. Focando na
anlise da produo de leo, possvel identificar que o volume produzido depender
da permeabilidade relativa, variao de presso e saturao de leo no meio poroso ao
longo do tempo. A maneira com que a rocha formada e, assim, permite o fluxo de
35
fluidos por sua estrutura, uma das principais variveis da produo de um campo, mas
precisa ser analisada em conjunto com as outras citadas. A variao de presso na
produo define a capacidade do reservatrio de transmitir essa queda pelo meio poroso
por consequncia da produo, o que tambm permite interpretar a ao do gs em
soluo como mecanismo de produo, caso a presso caia para um valor abaixo da
presso de saturao. Assim, possvel prever a produo de leo, de gs, decaimento
da produo, entre outras importantes informaes para o planejamento de produo de
um campo de petrleo.
4 Sistemas martimos de produo
Um sistema de produo consiste de uma ou mais plataformas ou unidades
estacionrias de produo (UEP), equipamentos localizados no convs das UEPs e os
localizados no fundo do mar, que constituem o layout submarino. Toda a rede montada
por esses equipamentos responsvel por levar o leo que chega at a rvore de natal
at o sistema de escoamento para processamento. Podemos observar na Figura 4.1um
exemplo de configurao de sistema martimo de produo, na Bacia de Campos, em
todas as suas etapas, desde a elevao do leo em reservatrio at a chegada unidade
de processamento:
Figura 4.1 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010
36
4.1 Tipos de poos
Com base em seu direcionamento, os poos podem ser classificados como
verticais ou direcionais.
4.1.1 Poo vertical: Um poo considerado vertical quando o seu objetivo est sob a sonda e no
apresenta mudana de direo (dog-leg) considervel.
Qualquer poo em que seja necessria a mudana de direo ou inclinao
chamado direcional. Os poos direcionais podem ser divididos em Tipo 1, Tipo 2, Tipo
3, horizontais e de grande afastamento (ERW).
4.1.2 Poos horizontais:
Os poos do tipo horizontal se caracterizam por ter inclinao final perto de 90
graus. Sua vantagem possibilitar um maior intervalo de exposio do reservatrio,
otimizando a captao do leo existente no mesmo.
4.1.3 Poos Tipo 1:
Os poos do tipo 1 se caracterizam por ter KOP (kick of point), ponto onde se
inicia o ganho de inclinao do poo, baixa profundidade, seguido de um trecho com
inclinao constante, at atingir o alvo.
4.1.4 Poos Tipo 2:
Os poos do tipo 2 caracterizam-se por ter um trecho de build-up, trecho com
ganho de ngulo, e um trecho de drop-off, com perda de ngulo. O poo pode atingir o
alvo na vertical ou no.
4.1.5 Poos Tipo 3:
Os poos do tipo 3 caracterizam-se por ter o KOP grande profundidade, e um
trecho de ganho de ngulo para atingir o alvo. Este tipo de poo muito utilizado para
aproveitamento de poos j perfurados.
4.1.6 Poos Tipo Designer (3D):
O poo tipo 3D aplicado normalmente em situaes onde o posicionamento
da plataforma restrito, mo permitindo o alinhamento da cabea do poo com o
objetivo e tem trajetria com alterao de direo e giros. Tambm usado quando se
37
objetiva reduzir as linhas de produo por motivos tcnicos e/ou econmicos. VIEIRA
[23]
Figura 4.2 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010
Figura 4.3 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010
Os poos perfurados de forma perpendicular so (poos verticais) e podem ser
produtores ou projetados para obteno de dados de reservatrio (exploratrios)
permitindo uma maior preciso nos projetos seguintes, onde outros poos verticais
38
podem ser perfurados ou de trajetrias oblquas, os poos direcionais. Os poos
horizontais so de emprego cada vez maior na produo offshore. Eles permitem uma
cobertura maior do reservatrio, aumentando a vazo de produo de fluidos se
comparado a vazo obtida por um poo vertical.
4.2 Tipos de completao
A Completao de poos consiste no conjunto de servios e equipamentos
instalados no poo desde o momento em que a broca atinge a base da zona produtora de
produo. Este um conceito operacional da atividade, note que, por esta definio, a
cimentao do revestimento de produo, ou seja, aquele que entra em contato com a
zona produtora, uma atividade de Completao.
Os mtodos de completao podem ser classificados quanto interface entre a
coluna e a zona produtora:
4.2.1 Completao a poo aberto:
A completao a poo aberto frequentemente utilizada em espessas sees de
reservatrios constitudos por tipos de rochas bem firmes. o mtodo mais antigo de
completao de poos. As vantagens deste mtodo so as seguintes: THOMAS [21]
a zona de interesse inteira aberta para a coluna; no h gasto com canhoneio do revestimento; existe a intercomunicao de fluidos em todo o intervalo aberto para produo; drawdown pode ser reduzido por causa da larga rea de fluxo; h uma reduo no custo do revestimento; o poo pode ser facilmente aprofundado; a completao pode ser facilmente convertida para outro tipo de completao
como o liner rasgado ou revestimento canhoneado;
pelo fato de no haver revestimento, no h risco de haver dano formao causada pelo cimento.
A completao a poo aberto particularmente atrativa onde perdas com uma
filtragem ruim do fluido de perfurao pode levar a grandes prejuzos. Porm existem
desvantagens e limitaes deste mtodo de completao, so elas: THOMAS [21][21]
formaes que apresentam grandes razes gs-leo / gua-leo normalmente no podem ser controladas porque todo o intervalo aberto para produo;
39
o controle do poo durante a completao pode ser mais difcil; a tcnica no aceitvel para formaes constitudas por reservatrios separados
que contm fluidos com propriedades incompatveis;
as diversas zonas dentro do intervalo de completao no podem ser facilmente selecionadas;
este tipo de completao vai requerer freqentes limpezas se houver produo de areia ou se a formao no estiver estvel.
4.2.2 Liner rasgado ou canhoneado:
Para controlar problemas de desmoronamento, os primeiros produtores de
petrleo colocaram tubos com fendas ou telas na parte inferior do poo como um filtro
de areia. O uso deste tipo de completao como mtodo para controle de areia vem se
tornando muito popular hoje em dia em algumas reas. Este mtodo tem praticamente as
mesmas vantagens e desvantagens da completao a poo aberto.
Na maneira mais simples e antiga um tubo com fendas colocado dentro do
poo. As fendas so pequenas o suficiente para que a areia fique retida. Para areias
muito finas so colocadas telas de arame. Esta tcnica um mtodo de controle de areia
razoavelmente eficaz.
Algumas vezes este o nico mtodo de controle de areia que pode ser usado
por causa da perda de presso e consideraes sobre a geometria do poo. Entretanto,
este mtodo no muito recomendado por que: THOMAS[21].
O movimento da areia para a coluna faz com que haja um impedimento da permeabilidade devido mistura de diferentes de tamanhos de gros.
Gros de areia finos tendem a obstruir a tela. A tela pode sofrer desgaste devido movimentao da areia. Um suporte ineficaz da formao pode causar desabamento.
Para solucionar estes problemas, o anular entre o poo e a tela preenchido
com gros de areias mais grossos. A areia ou cascalho serve como suporte para a parede
do poo e para prevenir o movimento de areia. Este mtodo pode remover alguns dos
estragos causados pelo fluido de perfurao.
40
4.2.3 Revestimento canhoneado:
O mtodo envolve cimentao do revestimento na rea de interesse, onde a
comunicao com a formao feita atravs de buracos perfurados no revestimento e
no cimento, denominados canhoneados.
Este canhoneio feito para comunicar o interior do poo com a zona de
interesse. Se o poo revestido e no-canhoneado durante os estgios iniciais da
operao de perfurao, o controle do poo mais fcil e os custos de completao
podem ser reduzidos.
Usando vrias tcnicas de controle de profundidade, possvel decidir quais
zonas sero perfuradas e abertas para produo, evitando assim, a comunicao de
fluidos indesejveis como gs e gua, zonas fracas que podem produzir areia ou ainda,
zonas improdutivas.
Esta seletividade que completamente dependente de um bom trabalho de
cimentao e canhoneio adequado tambm permite que um simples poo produza vrios
reservatrios separados, sem que haja comunicao entre eles.
Este canhoneio pode tambm ser usado para controlar o fluxo da zona de
interesse, fechando o canhoneado ou injetando fluidos para transformar as zonas em
menos permeveis.
A deciso de colocao do revestimento pode ser adiada at que a avaliao do
reservatrio seja concluda, reduzindo gastos com poos secos. Em suma, as vantagens
desta completao incluem:
Operaes mais seguras; Seleo mais segura das zonas a serem completadas; Reduo da relevncia de estragos causados pela perfurao; Facilitao da estimulao seletiva; Possibilidade de completao em zonas mltiplas; Custos reduzidos com poos secos; Planejamento mais fcil de operaes de completao.
4.2.4 Mtodos para controle da produo de areia:
O texto desse tpico em referncia ao SILVA[20]. A extrao do leo em
arenitos friveis tem apresentado constantes desafios indstria do petrleo, nem tanto
41
pela necessidade da conteno da produo de areia propriamente dita, mas pelas altas
perdas de carga impostas pelo processo, que podem abreviar em alguns anos, a vida
produtiva de um poo. Os principais problemas causados pela produo de areia so:
Deposio de areia no poo encobrindo os canhoneados, ou formao de bridge na coluna de produo, reduzindo ou at mesmo causando a
interrupo do fluxo;
Eroso de equipamentos de superfcie, como linhas e chokes, e de subsuperfcie como DHSV e mandris de gaslift;
Acumulao de areia nos equipamentos de superfcie; Criao de grandes vazios por trs do revestimento, onde
desmoronamentos podero causar reduo drstica da permeabilidade nas
imediaes do poo ou colapso do prprio revestimento;
Perda de isolamento hidrulico.
a. Tubos rasgados (Slotted Liner): so usados em poos com baixa produtividade
ou em longos intervalos produtores, incluindo-se os poos horizontais. Existem
novos equipamentos desenvolvidos para maior rea aberta ao fluxo e aplicao
especfica para poos horizontais, dos quais so destacados: Sinterpack,
Stratapack e Excluder.
b. Tela pr-empacotada: so dois tubos selados, concntricos, tendo o espao
anular entre eles preenchido com areia ou cermica. recomendvel somente em
poos com longos intervalos canhoneados e altamente desviados, ou horizontais.
c. Areia resinada: consiste no preenchimento de espaos criados atrs do
revestimento, devido produo de areia com gravel pr resinado. Aps a pega da
resina descida a broca para remoo do excesso de gravel dentro do poo. Esta
tcnica se restringe a ser aplicada em poos com pequena extenso canhoneada,
sendo tambm recomendada para poos antigos que j produziram grandes
volumes de areia.
b) Gravel pack: a mais difundida mundialmente. Consiste no preenchimento
dos canhoneados e anular tubo telado/revestimento com uma areia (gravel) de
granulometria bem selecionada, formando um pacote compacto, que impede a
movimentao da areia da formao.
42
4.2.4.1 Gravel Pack
Esta tcnica, empregada em poo aberto ou revestido, pode variar desde a
simples utilizao de um nico tubo telado uma complexa completao mltipla. Aps
o condicionamento do revestimento, descido um sump packer, formando o fundo
necessrio para a ancoragem da do Gravel Pack, em seguida o poo canhoneado e o
conjunto de Gravel Pack, composto de tubos telados, tubos cegos, wash pipes,
crossover tool e packer instalado.
Aps a instalao do conjunto, feito o bombeio e deslocamento do gravel,
que conter a produo de areia da formao.
As vantagens do Gravel Pack em relao aos outros mtodos alternativos so:
Mais efetivo no controle de areia em longos intervalos, em intervalos com pequenas intercalaes de folhelhos, e em zonas com alto teor de
argila e silt;
Suporta a maioria das reaes desenvolvidas em um tratamento qumico possivelmente necessrio ao longo da vida produtiva do poo, e no se
deteriora com o tempo;
Apresenta melhores resultados nas aplicaes em poos antigos com histrico de grande produo de areia;
menos afetado pelas variaes de permeabilidade da formao ao longo da extenso do gravel pack.
As desvantagens do Gravel Pack so:
Reduo do dimetro interno do poo, pela utilizao de tubos telados; Reparos ou recompletaes requerem a remoo do conjunto; As telas esto sujeitas corroso e/ou eroso devido s altas velocidades
de fluxo ou produo de fluidos corrosivos.
Apresenta maior dificuldade no isolamento de futuros intervalos produtores de gua.
4.3 Arranjo de poos
O arranjo dos poos pode ser do tipo satlite ou agrupado. Os poos agrupados
posicionam-se geralmente abaixo da Unidade Estacionria de Produo (UEP), que
43
sero descritas na seo 4.5 desse captulo, e os poos satlites localizam-se em vrios
pontos do campo, ao redor da UEP, como mostra a figura 4.5 e 4.4 respectivamente.
A utilizao de poos satlites apresenta vantagem em relao aos poos
agrupados, pois podem ser posicionadas sobre as regies de maiores concentraes de
leo no reservatrio. Entretanto o investimento muito maior comparando-se aos poos
agrupados, pois necessrio a cada poo satlite mais equipamentos e maior
comprimento de tubulaes para o escoamento da produo dos poos.
Alguns dos parmetros que influenciam a definio do arranjo dos poos so a
rea do reservatrio, a profundidade, o tipo e o nmero de poos a perfurar.
A escolha do arranjo de poos a ser adotado interage com diversas variveis de
projeto e torna-se bastante complexa na medida em que poucas aproximaes ou
consideraes so adotadas, ou seja, h a necessidade de assumirem-se premissas que
reduzam o nmero de possibilidades para a construo do arranjo de poos.
Figura 4.4 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010
44
Figura 4.5 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010
4.4 Manifolds
O manifold submarino uma estrutura metlica apoiada no fundo do mar e que
acomoda vlvulas e acessrios que permitem que este esteja conectado rvore de natal
molhada, outros sistemas de produo, de tubulaes e risers. Esse equipamento
permite que a produo de vrios poos seja recebida em um nico sistema de elevao,
como uma subestao de captao, reduzindo o comprimento de tubulao usada no
escoamento submarino. Essa configurao organiza os poos em clusters. Ainda, o uso
de manifolds pode estar relacionado capacidade de recebimento de poos pela UEP ou
necessidade de limitao da vazo de surgncia antes que o fluxo chegue s
instalaes da UEP.
45
Figura 4.6 - Manifold Submarino
4.5 Unidades Estacionrias de Produo (UEPs)
Unidades Estacionrias de Produo tambm denominadas plataformas de
produo, so unidades industriais cuja funo receber, tratar e enviar os fluidos
produzidos pelo reservatrio. As plataformas so classificadas e projetadas de acordo
com a produo esperada do campo, a profundidade do mar e intempries ambientais.
Durante o projeto de desenvolvimento do campo, so analisadas diversas alternativas
em estudos de viabilidade tcnico-econmica (EVTE). Nesta fase, o tipo de UEP
selecionado.
4.5.1 UEPs fixas
Foram as primeiras unidades utilizadas e tem sido preferida nos campos
localizados em lminas dgua de at 300 m. So constitudas de estruturas modulares
de ao, instaladas no fundo do mar. Alm disso, so projetadas para receber todos os
equipamentos de perfurao, estocagem de materiais, alojamento de pessoal, bem como
todas as instalaes necessrias para a produo dos poos. Caracterizam-se por estarem
apoiadas diretamente no fundo do mar e praticamente por no apresentarem grandes
movimentos. Elas permitem a utilizao de rvore de natal na superfcie (completao
seca) bem como a perfurao e interveno nos poos a partir de sondas instaladas no
seu convs.
46
4.5.1.1 Jackup ou auto elevatria
So constitudas, basicamente de uma balsa equipada com estrutura de apoio
ou pernas que, que acionadas mecnica ou hidraulicamente movimenta-se para baixo at
atingirem o fundo do mar. Em seguida, inicia-se a elevao da plataforma acima do
nvel da gua, a uma altura segura e fora da ao das ondas. So plataformas mveis,
sendo transportadas por rebocadores ou com propulso prpria, destinadas a lminas
dgua que variam de 5 a 130 metros.
Figura 4.7 - Jackup, Polnia, 2005
4.5.1.2 Jaqueta
As plataformas jaquetas so estruturas metlicas instaladas com estacas
cravadas no fundo do mar, ilustradas na figura 4.9. Normalmente possuem grande
capacidade de processar o leo e o gs produzido, muitas vezes atendendo no somente
o campo onde est instalada, mas tambm campos adjacentes. So em geral projetadas
para vida til de 20 a 30 anos e representam altos investimentos. O seu posicionamento
requer cuidados especiais e deve ser bastante preciso, pois uma vez instalada no poder
ser removida para outra locao. O tempo necessrio para sua construo muitas vezes
considerado longo.
47
Figura 4.8 Projeto de Jaqueta. Fonte: Suporte Consultoria e Projeto LTDA.
4.5.2 UEPs flutuantes
4.5.2.1 Spar
O sistema Spar consiste de um cilindro vertical de ao de grande dimetro,
ancorado, operando com um calado de profundidade constante de cerca de 200 metros,
o que gera apenas pequenos movimentos verticais e, consequentemente, possibilita a
adoo de risers rgidos verticais de produo. Neste tipo de plataforma, h utilizao de
supressores de vrtices em torno do cilindro com o objetivo de inibir vibraes.
Figura 4.9 - Spar. Fonte: Marine Talk
48
4.5.2.2 Semi-Submersveis (SS)
Este tipo de plataforma se apoia em flutuadores cuja profundidade pode ser
alterada atravs do bombeio de gua para o tanque de lastro. As plataformas de
produo ficam na locao em torno de 20 anos. Dois tipos de sistema so responsveis
pelo posicionamento da unidade flutuante: sistema de ancoragem (ancoragem
convencional e ancoragem do tipo taut-leg) e o sistema de posicionamento dinmico
(propulsores no casco acionado por computador restauram a posio). Entre suas
vantagens esto os menores movimentos que um casco tipo navio, a facilidade para
mudar de locao e por ter sua tecnologia j consolidada. Como desvantagens, podem
ser citadas a necessidade de completao molhada (rvores de natal molhada) ser muito
sensvel carga do convs e ter capacidade de estocagem reduzida.
Figura 4.10 Plataforma Semi-submersvel. Fonte: Portal NewsComex
4.5.2.3 TLP
Sua estrutura semelhante da plataforma semi-submersvel. Porm, sua
ancoragem ao fundo do mar diferente: as TLPs so ancoradas por tendes (estruturas
tubulares) fixos ao fundo do mar por estacas e mantidos esticados pelo excesso de
flutuao da plataforma, o que reduz severamente o movimento de heave (movimento
vertical da estrutura) desta, permitindo a completao seca.
49
Figura 4.11 - TLP. Fonte: Oil and Gas Processing
4.5.2.4 FPSO
Os navios FPSOs (Floating Production Storage Offloading) surgiram para
atender os desafios de escoamento da produo em guas profundas. Consistem em uma
unidade estacionria de produo que utiliza um navio ancorado, o qual suporta no seu
convs uma planta de processo. Alm de possuir tanques para o armazenamento do leo
produzido, permitem o escoamento da produo para outro navio, chamado aliviador,
que periodicamente amarrado no FPSO para receber e transportar o leo at os
terminais petrolferos.
O primeiro FPSO foi instalado pela Shell no Campo de Castellon, Espanha, em
1977, utilizando-se um sistema de ancoragem chamado SALM (Single Anchor Leg
Moooring) projetado pela empresa Mnaco-SBM. Durante os anos 80, essa tecnologia
de FPSO ficou centrada em aplicaes em guas calmas e profundidades moderadas,
quando, ento, ficou demonstrado ao mercado a segurana operacional e viabilidade
econmica da mesma.
As unidades devem ser capazes de armazenar o leo cru estabilizado. Para
produzir leo cru estabilizado, necessita-se separar o leo, o gs e a gua produzida e
50
tratar cada um deles convenientemente, de modo a se dispor dos mesmos. Assim, uma
planta de processo se faz necessria. Para uma planta funcionar, uma srie de sistemas
deve