Processamento Primário

Esquema de uma instalação de produção complexa

Exemplo Vídeo

1. FLUIDO2. BOMBA3. TUBO BENGALA4. SWIVEL5. TUBO DE

PERFURAÇÃO6. JATO7. ANULAR8. PENEIRA9. FILTRAGEM DO

FLUIDO

6

7

SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DE FLUIDOOperações Rotineiras - Circulação

A circulação consiste em se manter apenas o fluido sendo bombeado, sem peso sobre a broca, assim não se tem avanço na perfuração e apenas consegue-se a limpeza do poço.

Vasos separadores

Existem vários tipos de vasos

separadores, podendo ser classificados

quanto à sua forma, pressão de trabalho e

finalidade ou tipo de operação.

Classificação dos separadores

Quanto a finalidade: Separadores, separadores de óleo-gás, decantadores (Decantador de

água “water knockout”), vaso de expansão (vaso “flash”) e depuradores

(depurador de gás “gas scrubber”);Quanto à posição:

Horizontal ou vertical;Quanto à forma:

Cilíndrico ou esférico; Quanto à montagem:

Monotubo ou bitubo;Quanto às fases:

Bifásico ou trifásico;Especiais:

Separador medidor.

Sistema com Separação Bifásica

Sistema com Separação Trifásica

Sistema com Separação Trifásica e Tratamento de Óleo

Separador bifásico vertical

Separador bifásico horizontal

Separador trifásico vertical

Separador trifásico horizontal

Separação

A separação é feita com base na densidade dos fluidos

Gás

+

Óleo

+

água

Separador Trifásico

Gás

Óleo

Água

Mecanismos de separação

Ação da gravidade e diferença de densidades -

responsáveis pela decantação do elemento mais pesado;

Separação inercial - mudanças bruscas de velocidade e

de direção de fluxo quando este sofre o impacto,

permitindo ao gás desprender-se da fase líquida devido

a inércia que esta fase possui tendendo a conservar sua

direção original e manter sua velocidade;

Aglutinação das partículas - contato das gotículas de óleo dispersas sobre uma superfície, o que facilita sua coalescência e, com seu diâmetro aumentado pela aglutinação, são separadas por ação da gravidade com maior velocidade;

Força centrífuga - aproveita as diferenças de densidade do óleo e do gás. Faz-se a corrente fluida entrar no separador tangenciando a sua parte interna, isto comunica a mesma uni rápido movimento circular. O óleo, tendo a massa específica maior que o gás tende a projetar-se com mais força contra as paredes do recipiente. Formam-se posteriormente duas correntes distintas: a do gás mais leve para cima, e a do óleo mais pesado para baixo.

Um separador típico se constitui de quatro seções distintas:

Seção de separação primária - onde o fluido choca-se

com defletores ou um difusor que lhe impõe um

movimento giratório, fazendo com que o liquido se

precipite para o fundo do vaso. É nesta seção que a

maior parte do líquido proveniente do poço é separado.

Esta primeira separação tem por finalidade remover

rapidamente as golfadas de gás e as gotículas de maior

diâmetro do liquido, diminuindo a turbulência e o

retorno do líquido à corrente gasosa;

Para retenção de pequenas gotículas de óleo na parte superior dos separadores são usados vários tipos de extratores de névoa (‘demister’).

Seção de acumulação (coleta) de líquido - para

receber e distribuir os líquidos coletados. Nesta seção se

faz a separação das bolhas gasosas que ficaram no seio

do líquido após a separação primária. Normalmente, o

mecanismo que atua na separação gás-óleo é a ação da

gravidade, causando a decantação do líquido. Para que

esta separação seja efetiva, o óleo deve ficar retido

durante certo tempo no separador, chamado de tempo

de retenção;

Seção de separação secundária - ou seção de

decantação por gravidade, onde se separam as

gotículas menores de óleo carreadas com o gás, após a

seção primária. O mecanismo de separação nesta seção

é a decantação, cuja eficiência decresce

grandemente com a turbulência.

Seção aglutinadora - onde as gotículas

de líquido arrastadas pela corrente de

gás, não separadas nas seções anteriores,

são aglutinadas em meios porosos e

recuperadas.

Separadores que operam com força centrífuga

Esquema simplificado do Separador Bitubo Bifásico

Qualquer pequena quantidade de gás dissolvido no líquido é liberado no casco de coleta de líquido e sobe pelos tubos de união dos dois cascos. Devido a seção de acumulação de líquido ser separada da corrente de gás, há uma menor chance de uma golfada gasosa carrear gotículas de óleo.

Separador-filtro

Pode ser tanto horizontal quanto vertical.

Usado em alguns vasos de alto fluxo de gás/baixo líquido

Tubos filtrantes na seção de separação inicial causam a coalescência de qualquer gotícula grande de liquido à medida que o gás passa através dos mesmos e a segunda seção de extratores de névoa remove estas gotículas coalescidas.

Este tipo de vaso pode remover 100% das gotículas maiores

de 2 micra e 99% das gotículas abaixo de 0,5 micra

Para aplicações em fluxo muito pequeno de liquido, um separador horizontal pode ser projetado com um reservatório de líquido na saída para proporcionar o tempo de retenção requerido. Além disso, permite um diâmetro de vaso menor e conseqüentemente menor custo. A Figura abaixo mostra um esquema deste separador.

Separadores trifásicos / extratores de água livre

Água + óleo Agitação Tempo

Decantação

Esquema e Curva do Crescimento da Camada de Água com o Tempo

Tipos de separadores trifásicos Horizontais

Esquema simplificado do Separador Horizontal Trifásico

Recipiente vertedor

Esquema simplificado do Separador Horizontal Trifásico Tipo "Recipiente-Vertedor

Separador Vertical

Esquema simplificado do Separador Vertical Trifásico

Separador Vertical

Corte esquemático do Separador Vertical com Fundo Cônico

O fundo cônico é usado quando se

prevê que a produção de areia será

um problema grande. Normalmente

o cone é formado em um ângulo de

45º a 65º (ver Figura 27), devido a

areia produzida ter uma tendência

a sedimentar em aço com ângulos

menores do que 45º.

Modos de Controle de Nível

Comparando os separadores

Separadores horizontais:

Separadores horizontais são normalmente mais eficientes no

manuseio de grandes volumes de gás. Isto porque na seção

de decantação do vaso as gotículas de líquido caem

perpendicularmente à direção do fluxo de gás e então são

mais facilmente separadas da fase continua gasosa.

Maior área superficial na interface gás líquido.

Sob o ponto de vista da separação gás-líquido, os

separadores horizontais serão os preferidos a não ser que

algum motivo específico conduza a escolha pelo vertical ou

outro tipo.

Desvantagens do vaso horizontal

Não são tão eficientes quanto os verticais no manuseio de sólidos produzidos;

É necessário colocar vários drenos ao longo do comprimento do vaso, com um

espaçamento muito próximo;

Vasos horizontais requerem mais área plana do que o vertical com a mesma

capacidade. Apesar de não ser importante em plantas situadas em terra é muito

importante em plantas marítimas onde espaço é limitado e valioso;

Vasos pequenos e médios em geral têm menor capacidade ao surge, isto é, eles

comportam grandes golfadas de liquido menos eficientemente do que um vaso

vertical.

A geometria do vaso horizontal requer um dispositivo de “shut-down” (parada

programada).

Separadores horizontais

A golfada em vasos horizontais podem criar ondas internas

que podem ativar o sensor de nível alto. Todos estes fatores

causam o mau funcionamento do vaso horizontal quando

golfadas de líquido estão presentes na corrente de entrada.

Este problema não é tão sério nos separadores horizontais

grandes, particularmente naqueles que operam com menos da

metade cheio.

Desvantagens de vasos Verticais

Vasos verticais também tem pontos negativos que não são

relacionados com o processo mas que devem ser considerados na

hora da seleção. São eles:

A válvula de alívio e outros escadas especiais e plataformas de

acesso;

O vaso vertical pode ter que ser removido do pacote de uni

equipamento de produção (também chamado de “skid”) quando

restrições de altura para o transporte rodoviário, requerendo que

seja horizontalmente embarcado.

Condições de operação de um separador

Pressão de separação;

Temperatura;

Nível.

Variáveis de processo

As condições de operação de um

separador são definidas por:

Máxima capacidade ao óleo;

Máxima capacidade ao óleo e ao gás; Máxima

capacidade ao gás

Problemas Especiais

Formação de espuma;

Obstrução por parafina;

Produção de areia;

Formação de emulsão;

Arraste de líquido e de gás.

Acessórios do Separador

Internos

Defletor de entrada (dispositivo primário separação ou placa

defletora)

Defletores de impacto

Mudança de velocidade

Entrada tipo ciclone

Usa a força centrífuga

Esquemas de vários tipos de defletores: (a) calota esférica; (b) placa plana; (c) entrada tipo ciclone

Internos - Separador

Pratos quebra-espuma

Forçar a passagem da espuma através de placas paralelas

inclinadas ou tubos. Este procedimento conduz ao coalescimento

das bolhas de espuma.

Corte do Separador mostrando as Placas Inclinadas

Internos- Separadores

QUEBRA-ONDAS - placas verticais que estendem-se sobre a

interface gás líquido no plano perpendicular à direção de fluxo,

evitando a propagação de ondas causadas pelas golfadas de

líquido. Na UN-BC é comum o uso de uma placa perfurada e não

a placa plana.

Internos -Separadores

QUEBRA-VÓRTICE

Interrompe o

desenvolvimento do vórtice

quando a válvula de controle

é aberta. O vórtice pode

succionar algum gás e

arrastá-lo com o líquido de

saída. Corte mostrado a localização dos vários tipos de Quebra-Vórtice;

(a) tubo perfurado; (b) plataforma; (c) cruzeta

Internos - Separadores Jatos de areia e dreno

Controle

Como exemplo:

Separador Trifásico:

Malha de Controle de Pressão (saída de gás):

Sensor/transmissor de pressão (PT);

Controlador de pressão (PIC);

Válvula de controle de pressão (PCV).

Controle

Malha de Controle de Saída de Óleo:

Sensor/transmissor de nível de óleo (LT);

Controlador de nível (LC);

Válvula de controle de nível (LCV).

Controle

Malha de Controle de Saída de Água:

Sensor/transmissor de nível de interface (LT);

Controlador de nível de interface óleo/água (LIC);

Válvula de controle de nível de interface (LCV).

Medição

Medição de gás

Elemento primário (placa de orifício), que produz a pressão

diferencial;

Elemento secundário (bourdon) que mede a pressão

diferencial;

Transmissor de pressão e temperatura; Totalizador de

pressão;

Registradores.

Medição de óleo e água

Os medidores normalmente utilizados são os medidores

de deslocamento positivo que, para medir os volumes,

ele separa o fluxo em partes iguais, e de volume

conhecido, e conta o número de partes que passa por

ele. A energia que o aciona é proveniente do próprio

fluido que está medindo.

DE SEGURANÇA

Tem por finalidade provocar um alarme

ou uma ação antes que ocorra alguma

anormalidade proveniente de uma

variável mal controlada ou até mesmo de

um erro de operação.

Espuma

Causa Presença de surfactantes

Separador Necessita de interno para remoção

O controle mecânico do nível de líquido

A espuma tem um alta razão volume/peso.

Pode se tornar impossível a remoção do gás separado, ou óleo

desgaseificado do vaso sem arrastar um pouco do material espumoso em

ambas saídas de gás e de óleo.

PROBLEMAS

Parafina Operações de separação podem ser afetadas por um acúmulo de

parafina. As placas coalescedoras na seção líquida e o “wire mesh”

na seção gasosa são particularmente suscetíveis a este

tamponamento. Quando a parafina é um problema real ou

potencial, o uso de extrator de névoa tipo placas ou centrífugos

devem ser considerados como alternativos. Neste caso, bocas de

visitas ou orifícios devem ser providenciados para permitir a

entrada de vapor ou solvente de limpeza dos internos do

separador.

Areia

A areia pode ser muito problemática em

separadores, causando erosão nas válvulas ou

interrupção, obstruindo os internos do separador e

acumulando-se no fundo do separador.

Revestimento especial pode minimizar os efeitos

da areia em válvulas e o acúmulo de areia pode

ser aliviado com o uso rotineiro de jatos de areia e

drenos.

Emulsões

Podem ser particularmente problemáticas na

operação de um separador trifásico. Depois de um

certo tempo, pode formar na interface água-óleo

um acúmulo de material emulsionado, outras

impurezas ou ambas. Além de causar problemas

com o controle de nível de líquido, este acúmulo

diminuirá o tempo de retenção efetivo do óleo ou

água, resultando assim em uma redução na

eficiência, de separação

Arraste

Há dois modos de ocorrência de arraste:

o arraste de óleo: ocorre quando o líquido é arrastado com a corrente de gás, podendo ser uma

indicação de nível de líquido alto,

O primeiro danos nos internos do vaso, formação de espuma, saída de líquido

obstruída, projeto impróprio ou simplesmente que o vaso está operando com

uma capacidade acima de projeto.

e o arraste de gás: O segundo caso ocorre quando o gás é arrastado na corrente de líquido e pode

ser unta indicação de nível baixo de líquido, vórtice ou falha no controle de

nível.

Condicionamento do gás natural

Revisão de alguns conceitos importantes

Definição de gás natural

1. É a porção do petróleo que existe na fase gasosa ou em solução no óleo, nas condições de reservatório, e que permanece no estado gasoso nas condições atmosféricas de pressão e de temperatura

2. É a mistura de HC que existe na fase gasosa ou em solução em solução no óleo, nas condições de reservatório, e que permanece no estado gasoso nas condições atmosféricas de pressão e de temperatura.

Composição do gás natural

Formas de expressar:

Fração em massa ou porcentagem em massa

Fração em volume ou porcentagem em volume

Fração em quantidade de matéria ou percentual

em quantidade de matéria

Relembrando... Uma mistura gasosa apresenta a seguinte

composição em massa. Calcule a fração em massa e em quantidade de matéria de cada componente da mistura.

Componentes Massa (Kg) Massa molar (kg/kmol)

N2 10 28

CO2 20 44

CH4 150 16

Formas de expressar teor para materiais diluídos

ppm

ppb

ppt

Bases : massa, volume, quantidade de matéria

Comportamento dos gases

Comportamento dos gases

Gás ideal:

Transformações isotérmicas (Lei de Boyle)

Transformações isobáricas ( Lei de Charles e Gay

Lussac)

Comportamento dos gases

Pressão absoluta

Temperatura absoluta:

Condições padrão de gases

Condições Padrão Temperatura Pressão

CNTP antiga 273,15 K 101325Pa (1 atm)

CNTP atual 273,15 K 100000 (1 bar)

BR 293,15k 101325 (1 atm)

SC 288,75k 101325 Pa (1 atm ou 14,7 psia)

Volume molar de gases nas condições padrão

Condições Padrão Temperatura/Pressão

volume

CNTP antiga 273,15k/ 101325Pa 22,414 m3/kmol

CNTP atual 273,15k/ 100000Pa 22,71m3/kmol

BR 293,15k/ 101325Pa 24,055 m3/kmol

SC 288,75 k/ 101325Pa 23,69m3/kmol ou 379,49ft3/lbmol

Mistura de gases ideais:

Lei de Dalton

Lei de Amagat

Comportamento das fases do gás natural

Líquido ou vapor

Processos de transformação de fases substância pura

Mistura de componentes

Diagrama pressão e temperatura para uma mistura de HC