UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS ANA MARIA GARCIA DOS REIS PRINCIPAIS PROCESSOS EM UMA PLATAFORMA MARINHA OFFSHORE POÇOS DE CALDAS/MG 2015

2 ANA MARIA GARCIA DOS REIS TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO : PRINCIPAIS PROCESSOS EM UMA PLATAFORMA MARINHA OFFSHORE Trabalho apresentado referente à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso II do curso de Bacharelado em Engenharia Química cursado na Universidade Federal de Alfenas Campus Avançado Poços de Caldas. Orientadora: Professora Doutora Melina Savioli Lopes POÇOS DE CALDAS/MG 2015

3 FICHA CATALOGRÁFICA R375p Reis, Ana Maria Garcia dos. Principais processos em uma plataforma marinha offshore./ana Maria Garcia dos Reis. Orientação de Melina Savioli Lopes. Poços de Caldas: fls.: il.; 30 cm. Inclui bibliografias: fs Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Quimica) Universidade Federal de Alfenas Campus de Poços de Caldas, MG. 1. Petróleo 2. Plataforma offshore. 3. Prospecção de petróleo. I. Lopes, Melina Savioli(Orient.). II. Universidade Federal de Alfenas - Unifal. III. Título. CDD

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5 AGRADECIMENTOS Devo a realização deste trabalho ao profissional Leandro Leme. Gostaria de agradecêlo por toda a boa vontade dedicada ao me auxiliar em toda a estrutura e fornecer todas as referencias bibliográficas. Somando-se a isto, gostaria também de agradecê-lo pelo comprometimento e conhecimentos fornecidos. Gostaria também de agradecer minha orientadora Melina Lopes que executou um excelente trabalho no apoio do projeto.

6 RESUMO A exploração offshore apresenta altos desafios tecnológicos demandando um alto grau de conhecimento e competência dos profissionais da indústria. Operar em mar aberto, geralmente distante da costa e em altas profundidades fazem com que as empresas necessitem enfrentar problemas que estas não teriam que se preocupar na exploração terrestre. Toda essa complexidade da exploração offshore causa um grande aumento dos custos envolvidos, podendo custar centenas de milhares de dólares por dia. Seus aspectos operacionais de produção envolvendo desde a descoberta do poço até o transporte do óleo é de grande importância para entender as melhores práticas adotadas pela indústria. Assim, neste trabalho são compreendidos o entendimento as operações envolvidas na perfuração do poço com busca de informações e tecnologias atuais para entender toda o funcionamento de uma sonda suas características e processos. Após a perfuração é avaliado capacidade produtiva e a valoração reservas de óleo e gás e decidir se devem ser perfurados mais poços ou finalizará a exploração. Tomada a decisão o trabalho mostra como colocar o poço em produção e o transporte do óleo aos consumidores. Palavras-Chaves: Offshore, perfuração, custo, tecnologia.

7 ABSTRACT Offshore operation involves a wide range of technologies requiring high professional knowledge from petroleum industry. Operate in open sea, usually far from the coast and at high depths mean that companies need to face problems that they would not have to worry on land. All this complexity of offshore exploration cause a large cost increase, costing hundreds of thousands of dollars a day. The operational aspects involving production since the discovery of the well until the oil transport is of great importance to understand the best practices adopted by petroleum industry. This work comprehends the planning and drilling exploration well involving new technologies to understand the drilling unit process and characteristic. Production capacity and reserve evaluation will economically decide the production start up. As the decision is made the well production initiate and then the company will transport the oil to consumers by pipeline.

8 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA Objetivos REFERENCIAL TEÓRICO O petróleo Indústria de Petróleo no Brasil Permissões e Licenças Ambientais Oceanografia para a Produção de Petróleo Aquisição Sísmica Perfuração de Poços Exploratórios Pessoas offshore Como se faz um poço de perfuração Avaliação de Formação Completação Produção Sondagens offshore Do campo ao consumidor CONCLUSÃO REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ANEXO A... 40

9 9 1. INTRODUÇÃO Segundo Gomes (2007): O mundo dos nossos dias gira à volta do petróleo. O petróleo é usado mais do que qualquer outra fonte de energia, o chamado ouro negro e seus derivados estão presente na maioria dos produtos e bens de forma direta ou indireta (THOMAS,2001; BAKER,1998). A demanda por energia tem crescido a cada dia como consequência do fenômeno da globalização. Decorrente deste fato o aumento da produção diária de petróleo faz com que as indústrias petrolíferas atinjam cada vez mais elevados volumes de produção. Para alcançar tais metas, as empresas operadoras necessitam investir em novas tecnologias e diversas técnicas de exploração para extrações terrestres e marinhas (GOMES, 2007). Com um mercado dominado por energia não renováveis novos cenários são criados baseados na descoberta de novas reservas. As novas áreas apresentam previsões de aumento de produção baseado nas descobertas de offshore (GOMES, 2007). A exploração offshore apresenta altos desafios tecnológicos demandando um alto grau de conhecimento e competência dos profissionais da indústria. Operar em mar aberto, geralmente distante da costa e em altas profundidades fazem com que as empresas necessitem enfrentar problemas que estes não teriam que se preocupar na exploração terrestre. Toda essa complexidade da exploração offshore causa um grande aumento dos custos envolvidos, podendo custar centenas de milhares de dólares por dia (BAKER, 1998; THOMAS, 2001).

10 10 2. JUSTIFICATIVA Tudo indica que o futuro continuará a ver um significativo aumento na exploração de petróleo em áreas offshore. Torna-se então cada vez mais necessário disseminar e aumentar os conhecimentos envolvidos nessas operações. As plataformas petrolíferas offshore estão cercadas de situações delicadas envolvendo segurança de pessoas, integridade do meio ambiente e o sucesso econômico da companhia. Logo, é crucial que a mesma deva otimizar o custo e minimizar os riscos envolvidos nas operações. O fator motivador deste trabalho é carência de literaturas sobre as operações realizadas em uma plataforma offshore nas Universidades. O Brasil, atualmente, detêm uma alta tecnologia e conhecimento na produção offshore, porém esses conhecimentos estão principalmente disponíveis dentro da indústria petrolífera Objetivos O presente trabalho tem como objetivo gerar uma fonte de material de aprendizado para as gerações futuras. A principal ideia é difundir o conhecimento no que se refere ao processos realizados em uma plataforma offshore detalhando desde o reconhecimento geológico, funcionamento da plataforma, operações de perfuração até a etapa de logística do petróleo.

11 11 3.REFERENCIAL TEÓRICO 3.1. O petróleo A terminologia Petróleo vem do latim, petra (pedra) e oleum (óleo), e abrangem diferentes estado físicos do hidrocarboneto. Ao longo de milhões de anos as acumulações de petróleo se deram á partir da matéria orgânica depositada junto com os sedimentos. Gerado em profundidade sua formação ocorreu juntamente com a conjugação de diversos fatores como pressão e elevadas temperaturas (THOMAS,2001). O petróleo é geralmente encontrado no estado líquido, sua densidade é menor que a da água e possui um aspecto oleoso de cor que pode variar de amarelo claro até ao negro. Sua composição é uma mistura complexa de moléculas de hidrocarbonetos que variam de 1 a 60 ou mais átomos de carbono. Além dos hidrocarbonetos o petróleo apresenta outros elementos químicos como enxofre, azoto e oxigênio (GOMES,2007; THOMAS,2001). Os hidrocarbonetos que constituem o petróleo pertence a principalmente quatro grandes famílias: hidrocarbonetos parafínicos, nafténicos, aromáticos e asfálticos. A presença dominante de uma destas famílias pode ser relacionado a formação do petróleo, mais especificadamente as características químicas da rocha, intensidade do processo térmico atuante e da matéria orgânica presente (GOMES,2007; THOMAS,2001) Indústria de Petróleo no Brasil Devido aos grandes avanços tecnológicos de perfuração estimulados pela necessidade de um aumento de produção de petróleo, o Brasil, com a criação da Petrobrás, obteve sucessivos recordes mundiais de produção marítima de petróleo. A Figura 1 ilustra a evolução dos recorde mundiais alcançados, comprovando a constante evolução tecnológica offshore.

12 12 Figura 1: Ilustração representando os sucessivos recordes mundiais de produção offshore. Fonte : Agência Nacional do Petróleo (ANP) (2014). Para dar inicio a uma exploração de petróleo no território brasileiro a empresa petrolífera solicita ao Governo os direitos de pesquisa através de uma concessão (GOMES, 2007). Pelo regime de concessão para exploração, desenvolvimento e produção de petróleo e gás natural a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) promove rodadas de licitações para as bacias sedimentares brasileiras com potencial de descoberta de petróleo, nomeados como blocos exploratórios (ANP, 2014). Atualmente com cerca de 100 mil metros quadrados a Bacia de Campos é a principal área sedimentar brasileira (PETROBRAS, 2014). A ANP promoveu a delimitação de blocos exploratórios marinhos sob concessão para a bacia de campos representado na Figura 2. O anexo A mostra o mapa do setor marítimo para a Bacia de Campos localizada nas imediações de Vitória (ES) até o litoral norte do Rio de Janeiro. O mapa mostra as duas áreas oferecidas na nona rodada de licitações pelo órgão regulador do setor, ANP em Os blocos exploratórios visíveis no mapa foram distribuídos em diferentes rodadas de licitações, como podemos observar os blocos exploratórios sob concessão, representados na cor laranja, foram disponibilizados na nona rodada de licitações concedidas a companhias de exploração e produção de petróleo (ANP, 2014; OGX, 2014). O anexo A também ilustra as linhas batimétricas sendo possível identificar profundidade dos oceanos aonde os blocos exploratórios estão localizados (ANP, 2007).

13 Permissões e Licenças Ambientais O sistema de legislação que regulamenta as atividades da indústria de petróleo é composta por um vasto acervo, reúne toda a regulamentação elaborada pela ANP e também a constituição federal juntamente com leis e decretos aprovados no Congresso Nacional. O acervo também conta com resoluções e portarias de órgãos federais. No âmbito ambiental, o Ibama é o órgão federal brasileiro competente por estabelecer as condições, restrições e medidas de controle ambiental que deverão ser seguidas pela empresa exploradora. O procedimento administrativo é responsável por licenciar operação de empreendimentos e atividades utilizadores de recursos ambientais bem como a localização, instalação e a ampliação (IBAMA, 2014). O Ibama possui relação direta com a indústria do petróleo, um de seus exemplos de atuação é a emissão da autorização para a inclusão da unidade marinha de perfuração. A autorização exemplificada tem a finalidade de autorizar a utilização de uma nova sonda de perfuração e a inclusão de uma nova unidade de exploração em águas marinhas, o prazo para a realização deste serviço é de 3 meses (IBAMA, 2014) Oceanografia para a Produção de Petróleo Assim como observamos na superfície terrestre os movimentos dos ventos e nuvens, nos oceanos é possível se observar os movimentos das ondas e correntes marinhas em diferentes direções e velocidades (PETROBRAS,2010). Na produção de petróleo offshore é fundamental o estudo de todas as condições oceanográficas na bacia sedimentar oceânica, bem como profundidade, temperatura e formação de correntes marinhas (PETROBRAS,2010). A principal bacia sedimentar oceânica brasileira, Bacia de Campos, possui diversos campos de explorações que estão submetidos a diferentes condições oceanográfica. A Figura 3 ilustra as diferentes profundidades d agua dos campos de petróleo localizado na Bacia de Santos.

14 14 Figura 2: Avaliação oceanográfica de profundidade na Bacia de Campos. Fonte : Oceanografia para projetos de Produção e Proteção Ambiental na Petrobrás (PETROBRAS) (2010). Uma das principais características dos oceanos é a variação da temperatura nas diferentes profundidades da água. Na Bacia de Campos a água apresenta cerca de 27 C em sua superfície e atinge uma temperatura de 3 C a uma profundidade de cerca de 3000 m. Essa variação juntamente com a variação de salinidade altera a densidade das água marinha, sendo assim as águas de temperatura mais elevada e densidade menor estão acimas das águas de temperatura menor e densidade maior. A bacia de santos apresenta diferentes correntes de água variando de acordo com a profundidade. Como ilustrado na Figura 4, a corrente de água marinha representada na cor vermelha são águas vindas dos trópicos, sendo estas águas mais salinas e de maior temperatura. A corrente marinha representada na cor verde são águas centrais do Atlântico Sul e águas intermediárias da antártica com temperaturas variando de 18 a 3,6 C. Ás aguas de maior profundidade, cerca de 1500m, vindas do atlântico norte estão representadas na cor azul. Figura 3: Diferença de alturas e temperaturas oceanográficas na bacia de campos. Fonte : Oceanografia para projetos de Produção e Proteção Ambiental na Petrobrás (PETROBRAS) (2010).

15 15 As altas velocidades e diferentes direções de correntes marinhas são consideradas barreiras ambientais para as unidades de operações offshore, esses obstáculos causam stress e vibrações nas unidades. Outras barreiras encontradas para a exploração e produção marinha são os efeitos dos ventos e das ondas (LEFFLER; PATTAROZZI; STERLING, 2003) Aquisição Sísmica A atividade de exploração acontece a análise de dados geológicos e geofísicos gerados principalmente pelo processo de aquisição sísmica que fornece imagens das camadas rochosas do subsolo. Todo o processo de aquisição e interpretação sísmica pode durar de 12 a 18 meses envolvendo um longo estudo de dados geofísicos e geológicos. Apenas depois de identificar o prognóstico do comportamento das camadas do subsolo os especialistas podem decidir se as situações geológicas terão características para a acumulação de petróleo e o local mais propício para a perfuração (LEFFLER; PATTAROZZI; STERLING, 2003; THOMAS, 2001; OGX, 2014). O processo aquisição dos dados sísmicos em áreas marinhas é feita através da geração de perturbações mecânica em pontos da superfície, o registros dessas reflexões é feito por centenas de canais de recepção (hidrofones) ao longo de linhas retas. A Figura 5 mostra um exemplo ilustrativo da técnica utilizada para o levantamento sísmico (LEFFLER; PATTAROZZI; STERLING, 2003; THOMAS, 2001). Figura 4: Ilustração do levantamento sísmico marítimo. O navio reboca duas baterias de canhões que realizam disparos alternadamente. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo (THOMAS) (2001).

16 16 Toda essa preparação é apenas para o passo final que consiste na interpretação dos dados e as decisões econômicas. Equipes de profissionais envolvendo, geofísicos, geólogos, petrofísicos e outros especialistas utilizam todo os seus conhecimentos para a identificação de indicadores de presença de hidrocarbonetos. A figura 6 ilustra um mapa de cores obtido pela aquisição sísmica que mostra as amplitudes de um refletor correspondente ao topo de um reservatório. As cores roxo vermelho e amarelo indicam a presença de hidrocarbonetos no reservatório(leffler; PATTAROZZI; STERLING, 2003; THOMAS, 2001). Figura 5 : Mapa de cores obtido pela aquisição sísmica que mostra as amplitudes de um refletor correspondente ao topo de um reservatório. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo (THOMAS) (2001) Perfuração de Poços Exploratórios Com todas as avançadas análises dos métodos geológicos e geofísicos que podem sugerir as mais prováveis locações é possível se tomar a decisão da perfuração do poço. Somente a perfuração realizada através de uma sonda irá revelar se as análises serão verdadeiras (LEFFLER; PATTAROZZI; STERLING, 2003; THOMAS, 2001). Um time de cientistas, engenheiros, operadores, geofísicos e geólogos é montado para planejar e executar a perfuração. Os geólogos e geofísicos trazem todos as especificações do solo necessárias como a profundidade específica, o tipo de formações encontrada e a meta de profundidade a ser atingida. Os engenheiros analisam as pressões e avaliam as formações com a perfilagem elétrica e radioativa do poço para se analisar a presença de hidrocarbonetos nas camadas geológicas atravessadas. O time de operação traz o seus conhecimentos sobre o

17 17 navio e manuseio dos equipamentos de sondagem (LEFFLER; PATTAROZZI; STERLING, 2003; THOMAS, 2001) Pessoas offshore O trabalho offshore devido ao seu alto custo envolve diferentes companhias e serviços que engajam diversas atividades. O número de pessoa a bordo varia com o tamanho da unidade, chegando até 100 ou mais pessoas durante o pico da atividade. A política de segurança é bem robustas com treinamento para todos os integrantes à bordo, orientando o que fazer e para onde ir em caso de acidentes. A plataforma é responsável por fazer o transporte dos trabalhadores através de helicópteros ou barcos, alimentação e acomodações. Geralmente um trabalhador permanecese confinado por 15 dias, variando com o seu tipo de tarefa. Figura 6: Representação da movimentação de pessoas em uma plataforma offshore. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013) Como se faz um poço de perfuração A sonda é basicamente uma máquina de perfuração muito potente com cerca de 1000 a 1,47 MW de potência. Todos os equipamentos de uma sonda são divididos em alguns sistemas. O primeiro sistema a ser citado é o geração e transmissão de energia, pois qualquer tipo de sonda precisa de uma fonte de energia para o acionamento dos equipamentos e outras

18 18 atividades. Essa fonte geralmente são motores a diesel ou em alguns casos de sondas com produção a gás são utilizadas turbina a gás Broca Na perfuração rotativa a rocha é perfurada por uma broca, Figura 8, por rotação e peso aplicados no equipamento que possui pontas finas para promover a ruptura e desagregação das rochas em pequenos cascalhos (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Para que a broca, Figura 9, exerça sua função é preciso o funcionamento conjunto de três sistemas da sonda, o sistema de sustentação, de movimentação de carga e de rotação. O desempenho e economicidade da broca é um fator importante para a perfuração, podendo ter a característica com ou sem parte móvel e de composição de lâmina de aço, diamante verdadeiro ou sintético e dentes de aço (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 7: Representação de uma coluna de perfuração na fase de inserção da broca. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013).

19 19 Figura 8: Broca para perfuração de poços. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998) Sistema de sustentação e movimentação de carga O sistema de sustentação e movimentação de cargas serão responsáveis por fornecer o peso para que a broca utilize seus dentes e perfure as diversas formações rochosas (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999; BAKER,1998). A coluna de perfuração é a responsável por fornecer esta energia de peso para o equipamento. Na coluna são utilizados elementos tubulares de aço forjado que possuem uma alto peso linear chamados de Drill Collars com cerca de 9 metros (Figura 10) promovem o peso na broca e a rigidez do poço. A quantidade de Drill Collars varia de acordo com a necessidade de peso na broca (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999; BAKER,1998). Acima dos Drill Collar estão os Drill Pipes que são tubos de aço sem costura com extremidades cônicas que são soldadas em seu corpo. Menos pesados e menos espessos que s o Drill Collar é utilizado para a movimentação da broca e sua rotação de acordo com a profundidade do poço (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999). A movimentação dessas cargas estão representadas na Figura 10, essa estrutura conta com equipamentos de elevação da tubagem sendo os principais guinchos, catarina, cabo de perfuração, elevador, âncora e bloco de coroamento (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999; BAKER,1998).

20 20 Figura 9: Representação do equipamento de elevação de Drill Pipes e seus manuseamento. Na primeira figura o top drive em amarelo é ilustrado inserindo o Drill pipe em bege, com continuação na segunda figura ilustra a inserção do Drill pipe. Fonte: Rig overview (VARCO) (2012). Para sustentar o peso da coluna de perfuração o sistema de sustentação de carga é constituído por uma torre ou mastro, a subestrutura e a base ou fundação. A figura 10 ilustra o sistema de sustentação e movimentação de carga (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999; BAKER,1998). Quando uma broca é desgastada e retirada da superfície ou como observamos na Figura 11 os Drill Pipes são inseridos na coluna, precisa-se de uma estrutura na superfície para essa movimentação e sustentação. Esta estrutura é chamada de torre ou mastro, feita de aço especial na forma de pirâmide para poder criar um livre espaçamento vertical acima da plataforma. As fundações são estruturas rígidas que suportam com segurança as deflexões, vibrações e alguns deslocamentos provocados pela sonda. Acima desta base estão as subestruturas compostas por vigas de aço especial que proporcionam um espaço de trabalho na plataforma e também é onde os equipamentos de segurança do poço são posicionados (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999).

21 21 Figura 10: Sistema de Movimentação e sustentação de carga. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo (THOMAS) (2001) Sistema de rotação Parte da perfuração proporcionada pela broca é devido ao seu sistema de rotação. Normalmente o sistema usado é o Top drive, porém existem também outros sistemas como a mesa rotativa (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). No sistema Top drive a rotação é transmitida diretamente no topo da coluna de perfuração através de um motor elétrico ou hidráulico acoplado a catarina ( conjunto de polias que auxiliam na movimentação de carga). Em um sistema de trilhos fixado na torre o torque da coluna é absorvido. O sistema permite uma perfuração mais rápida de três em três tubos além de permitir ao mesmo tempo a descida da coluna de duas maneiras distintas, com

22 22 rotação e com circulação (THOMAS, 2001; BAKER,1998). A figura 12 representa o sistema Top drive de rotação. Figura 11: Sistema de rotação Top Drive. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo (THOMAS) (2001); A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998). A mesa rotativa localizada na plataforma da sonda transmite sua rotação a coluna de perfuração através do deslizamento pelo Kelly, equipamento que transferi a rotação para a coluna, podendo ter seção quadrada ou hexagonal. O sistema consegue apenas um tubo por vez e muitas vezes precisa suportar todo o peso da coluna (THOMAS, 2001) Sistema de Circulação Um tubo de condução aberto é direcionado junto com a broca para poder armazenar os pequenos pedaços de rochas, Figura 13. A primeira coisa a se fazer após o início da perfuração é retirar esses pedaços de rocha para que a broca esteja sempre exposta a mais

23 23 rochas. Para isso, um fluido de perfuração ou lama é injetado removendo os fragmentos continuamente. O fluido é uma mistura de água, minerais, argilas e alguns compostos químicos, Figura 14 (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). A injeção da lama para o interior da coluna de perfuração é feito por bombas através da cabeça de injeção (swivel), o sistema de circulação representado na Figura 15, move a lama para baixo através dos drill pipes e drill collars. O fluido de perfuração sai nos jatos da broca removendo os fragmentos e percorrendo o espaço anular entre a parede do poço e a coluna de perfuração chegando até a superfície (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 12: Representação do conjunto de broca e tubo de condução durante o início da perfuração. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013). Figura 13: Foto do fluido de perfuração (mud). Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998). O fluido de perfuração também possui outras finalidades além de transportar os detritos de rochas. Como por exemplo a formação de camada impermeável na parede do poço, chamada de mud cake. O mud cake previne a infiltração das zonas mais permeáveis e com

24 24 alta os poros das rochas que se encontram em contato com as parede, além de proporcionar o resfriamento da coluna (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). A densidade do fluido de sondagem é controlada visando manter uma pressão hidrostática positiva superior a pressão do reservatório (overbalanced drilling) auxiliando a conter a pressão do reservatório. Caso a pressão do reservatório for maior que a pressão hidrostática da coluna pode ocorrer uma produção descontroladas dos hidrocarbonetos até a superfície. Esse fenômeno é conhecido como Blowout que será tratado detalhadamente no sistema de segurança do poço (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 14: Sistema de circulação de fluído de perfuração. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998) Fase de injeção Na fase de injeção as bombas de lama são o coração do sistema, elas succionam a lama dos tanques localizados na plataforma para injeção na coluna de perfuração até o jato de broca. As vazões e pressões variam de acordo com a profundidade e geometria do poço. A Figura 16 mostra a foto de uma bomba de lama (Mud Pump) na plataforma (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998).

25 25 Figura 15: Bomba de Lama ( Mud Pump ) em plataforma da empresa Schlumberger. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998) Fase de retorno Na fase de retorno a lama atinge os fragmentos de rochas pelo jato de broca e percorre o espaço anular entre a coluna e a parede do poço. Na superfície a lama mais os fragmentos são direcionados através de uma linha de retorno ( mud return line) que direcionará a solução para a fase de tratamento. A Figura 17 representa uma ilustração da fase de retorno na coluna de perfuração (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 16: Fragmentos de rochas (cutting) mais lama (mud flow) retornando para a superfície (fase de retorno) através do tubo anular (annulus). Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998).

26 Fase de tratamento A fase de tratamento do fluído de retorno tem o objetivo de eliminar os sólidos ou gases que se incorporaram durante a perfuração. A Figura 18 representa o sistema de tratamento de lama da plataforma. A primeira etapa do tratamento é a peneira vibratória ilustrada na Figura 19, sua função é separar os sólidos maiores como cascalhos e maiores grãos de areia (THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 17: Sistema de Tratamento de Lama. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo (THOMAS) (2001). Figura 18: Peneira vibratória na plataforma da empresa Schlumberger. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998). Após a separação dos sólidos grosseiros o fluído segue para um conjunto de ciclones (desareiadores) para a retirada da areia. Em seguida um sistema de hidrociclones tem a função

27 27 de descartar partículas de dimensões equivalente ao silte. Para finalizar o tratamento o fluído passa por um desiltador com uma peneira (mud cleaner) que tem a função de recuperar partículas. Parte do material é retornado ao fluido possibilitando a redução de custos (THOMAS, 2001; BAKER,1998) Revestimento do poço A figura 20 representa o poço após a ação do sistema de circulação. A perfuração atingiu apenas uma fase do caminho final. Este fato ocorre devido a variação de diâmetro do poço que vai se reduzindo com a profundidade. Por exemplo, um poço pode começar a ser perfurado com uma broca de 26 polegadas e terminar com uma de 8,6. Três fatores influenciam na escolha dessa variação. O primeiro é o custo, quanto maior a broca maior o custo, a geologia, avaliando perda de circulação e queda de pressão e também o objetivo da produção afetando o custo e o tempo da perfuração (GOMES, 2007; THOMAS, 2001). Figura 19: Ilustração da limpeza do poço para início do revestimento. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013). Com o poço limpo se inicia o seu revestimento com tubos de aço especial, cada fase de perfuração é concluída com a descida de uma coluna de revestimento. Na figura 20 é observada a presença de um acessório de revestimento, a sapata, no qual serve de guia para a

28 28 introdução do revestimento e evita que na cimentação a pasta se misture com o fluído de perfuração. A função do revestimento de uma coluna são principalmente, prevenir o desmoronamento das paredes do poço, evitar a contaminação de água potável (lençóis freáticos), permitir o retorno do fluido de perfuração a superfície, impedir a migração de fluídos das formações, sustentar os equipamentos de segurança do poço, confinar a produção ao interior do poço, etc. A Figura 21 ilustra o revestimento de um poço (THOMAS, 2001; DEVERUX, 1999). O tipo de coluna de revestimento varia com a solicitação prevista durante a sua descida e sua vida útil. Possui oito classificações : a) Condutor : O primeiro revestimento do poço utilizado em pequena profundidade; b) Revestimento de superfície: serve de base para o apoio de equipamentos de segurança e também protege e previne desmoronamentos; c) Revestimento intermediário : isola e protege zonas de alta e baixa pressão; d) Revestimento de produção : suporta as paredes possibilitando o isolamento, descido para permitir a produção; e) Liner : coluna curta visando cobrir a penas a parte inferior do poço, é independente da cabeça de poço; f) The back : complementação da coluna liner; Figura 20: Ilustração do revestimento de um poço. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013).

29 Cimentação do poço Após o revestimento se inicia a cimentação do poço. O espaço anular entre o revestimento e a parede do poço é preenchida com cimento, sua principal função é fixar a tubulação e evitar a migração entre as zonas permeáveis entre o revestimento e a parede do poço. A Figura 21 ilustra a cimentação do poço (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 21: Ilustração da cimentação do poço. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013). O sistema de cimentação ilustrado na Figura 22, mostra mais detalhadamente os processos realizados. Basicamente o bombeio da pasta de cimento, mistura de calcário e argila classificados por sua composição, e água que é então deslocada através da tubulação de revestimento. A pasta é então endurecida aderindo fortemente a superfície externa do revestimento (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998).

30 30 Figura 22: Ilustração do Sistema de Cimentação. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013) Sistema de Segurança do Poço O objetivo do sistema de segurança na cabeça de poço, Figura 23, é prevenir o fluxo indesejável do fluido contido na formação para dentro do poço. Quando este fluxo não é controlado eficientemente ocorre o mais conhecido como blowout, um poço com fluxo incontrolável (kick) podendo causar sérias consequências nos equipamentos da sonda, perda do reservatório, acidentes pessoais e ambientais. O equipamento utilizado para essa prevenção é um conjunto de válvulas que permite fechar o poço, blowout preventer (BOP) (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Quando um Kick é identificado a ação é acionar o BOP para fechar e remover alguns fluídos, aumentando a densidade da lama para prevenir mais fluidos entrando. A figura 24 ilustra o Blowout Preventer (BAKER,1998).

31 31 Figura 23: Sistema de segurança na cabeça do poço. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013). Figura 23: Principal equipamento de prevenção de blowout. Fonte: Fundamentos de Engenharia de Petróleo (THOMAS) (2001); 3.6. Avaliação de Formação A perfuração de poços é a única maneira de se confirmar a presença de hidrocarbonetos em reservatórios. Após a perfuração é necessário então avaliar a capacidade produtiva e a valoração das suas reservas de óleo e gás e decidir se devem ser perfurados mais poços ou finalizar a exploração. Esta avaliação é feita no poço pioneiro e baseia-se

32 32 principalmente na perfilagem de poço aberto, no teste de formação, teste de pressão em poço revestido e também na perfilagem da produção. Diversos indícios podem indicar a presença de hidrocarbonetos assim como a velocidade de perfuração. Porém, as análise dos perfis definem se será feito o teste de formação, uma espécie de completação provisória que coloca o poço em fluxo, que poderá confirmar com segurança a viabilidade da produção (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). A Figura 25 ilustra a avaliação do perfil do poço. Figura 24: Ilustração da avaliação de perfil do poço. Fonte: Perfuração de Poço (PETROBRAS) (2013) Completação A próxima etapa após a perfuração e a avaliação de formação com a decisão da viabilidade econômica do poço é a completação. A etapa de completação tem o objetivo de deixar o poço em condições permanentes de operação segura e econômica, responsável por equipar o poço para a produção de óleo ou gás (THOMAS, 2001; BAKER,1998). O projeto de completação deve buscar a otimização da vazão de produção e garantir uma duração longa para evitar possíveis manutenções no poço. O custo do projeto é elevado, responsável por toda a vida produtiva do poço, necessitando de planejamentos criteriosos e uma cuidadosa análise econômica (THOMAS, 2001; BAKER,1998). Os engenheiros tem desenvolvidos diversos tipos de completação offshore variando com a necessidade de cada poço. Algumas características são importantes na hora de definir o

33 33 tipo, são classificadas de acordo com o posicionamento da cabeça do poço, quanto ao revestimento da produção e quanto ao número de zonas exploradas. A mais utilizada é a chamada Perforating (THOMAS, 2001; BAKER,1998). Quando se inicia a completação o poço está cimentado não permitindo que os hidrocarbonetos fluam. Para abrir o poço é necessário perfurar o cimento, então são feitos vários pequenas aberturas no revestimento e no cimento. Essas aberturas são feitas através de um canhoeiro chamado perforating gun que são descida até o poço e disparam pequenos jatos explosivos que penetram pequenas distâncias e perfuram o revestimento e cimento, dessa maneira os hidrocarbonetos podem fluir entre as aberturas criadas. A Figura 25 ilustra a ação da perforanting gun no poço (THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 25: Ilustração da Perforating gun exercendo sua função. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998). Para conduzir os fluidos produzidos até a superfície e permitir a sua circulação é instalada uma coluna de produção descida pelo interior do revestimento. A coluna de produção é basicamente um conjunto de tubos metálicos que são conectados todos os demais componentes como válvulas de segurança que se fecham automaticamente quando algo ocorre na superfície (THOMAS, 2001; BAKER,1998). A completação também envolve controlar o fluxo de hidrocarbonetos na superfície, esse controle pode ser feito na superfície da plataforma ou na superfície marinha. O conjunto

34 34 de válvulas especiais que controla este fluxo é chamado de árvore de natal, localizado no topo do poço. A árvore de natal pode ser molhada ou seca, como o nome já diz as árvores de natal molhadas podem ser envolvidas em água, no caso da seca se for operada sobre a superfície marinha ela deve ser devidamente isolada. A figura 26 ilustra a árvore de natal molhada (THOMAS, 2001; BAKER,1998). Figura 26: Ilustração do conjunto de válvulas que controla o fluxo de hidrocarbonetos na superfície, árvore de natal molhada. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998) Produção A pressão natural do reservatório força os hidrocarbonetos a fluirem em direção a superfície. As maiores fontes dessa pressão são gases, água ou a combinação dos dois, podendo gerar 4 tipos de fluxo natural. Quando a pressão do reservatório é relativamente baixa são necessários meios artificiais para elevá-los. Os métodos mais utilizados na indústria são o gás-lift, bombeio mecânico com haste e bombeio de cavidades progressivas (THOMAS, 2001; BAKER,1998). O interesse econômico da produção é apenas oléo e gás, porém geralmente ocorre a produção simultânea de óleo, gás, água e impurezas. A plataforma deve remover a água e

35 35 outras impurezas para o transporte dos hidrocarbonetos. Para isso, a plataforma deve ser equipada com facilidades de produção para o processamento primário do fluido (THOMAS, 2001; BAKER,1998). A complexidade da planta depende da complexidade do fluido produzido, sendo três principais processos realizados de acordo com a necessidade. O primeiro é a separação do óleo, do gás, da água e das impurezas, podendo utilizar separadores bifásicos ou trifásicos. O segundo é o condicionamento dos hidrocarbonetos (desidratação/desfulfurização) para que possam ser direcionados as refinarias. E o terceiro o tratamento de água para reinjeção ou descarte, passando por um vaso desgaseificador seguido por um separador água/óleo e por último para o tubo de despejo. A figura 26 representa um separador água/óleo. Figura 27: Separador água/óleo no campo de petróleo. Fonte: A Primer of Offshore Operations (BAKER) (1998) Sondagens offshore Para a sondagem offshore a sonda pode apresentar alguns tipos de montagem estrutural representadas na Figura 7. Ela pode ser instalada em plataforma fixa ou em plataformas móveis, a escolha do tipo de estrutura depende de fatores como a lamina d água, condições de mar, relevo, finalidade do poço, disponibilidade de apoio logístico e principalmente o custo benefício (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998).

36 36 As plataformas fixas, submersíveis e jackup (com pernas extensíveis) possuem o BOP localizados na superfície e as unidades flutuantes como navio-sonda e semi-submersível possuem o BOP no fundo do mar (GOMES, 2007; THOMAS, 2001). Figura 28: Tipos de estrutura de plataformas de sondagem em ambiente offshore. Fonte: O Universo da Indústria Petrolífera (GOMES) (2007). As plataformas fixas são utilizadas em laminas d água de até 300 metros de campos já conhecidos, e representam grande parte da produção de petróleo sendo o primeiro tipo estrutural utilizado para a exploração offshore. Sua estrutura de aço instaladas com estacas cravadas no fundo do mar onde vários poços são perfurados sendo um vertical e outros direcionais, envolvem altos custos de construção e instalação. A plataforma é projetada para receber todos os equipamentos necessários para a produção do poço (GOMES, 2007; THOMAS, 2001). Plataformas móveis do tipo jackup rig são utilizadas em laminas d água de 5 a 130 metros. Sua estrutura é elevada acima do nível do mar e fora das ações das ondas, é constituída por uma balsa equipada com estruturas de apoio ou pernas extensíveis que quando acionadas movimentam-se para baixo até atingir o fundo do mar. Possui uma grande

37 37 estabilidade sendo suas operações similares a perfuração terrestre (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). O tipo de estrutura de plataformas flutuantes como semi-submersível e navio-sonda são utilizadas em laminas d água profundas. Devido sua característica flutuante sofre movimentações com a ação das ondas e corrente de ventos, podendo danificar equipamentos. Para isso a estrutura é posiciona na superfície do mar com um raio de tolerância prédeterminado pela operação a ser executada, dois sistemas são utilizados, sistema de ancoragem e sistema de posicionamento dinâmico Do campo ao consumidor A movimentação do óleo e do gás é essencial para o sucesso das operações offshore. Geralmente a zona de produção injetam o óleo e o gás em oleodutos, tubos de aço de diâmetro variável conforme o seu destino. Existem milhares de quilômetros de oleodutos em todo o mundo sendo que cada um pode suportar geralmente produções superiores a um milhão de barris por dia. Esses oleodutos são direcionados ao consumidores que no caso do óleo são as refinarias e do gás centrais termoelétricas ou redes de distribuição de gás natural (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Em alguns casos não se é viável construir um oleoduto então o transporte é feito através de tanques transportando o óleo para a costa. No caso do gás não é fisicamente possível fazer esse transporte, a companhia deve construir o sistema de oleodutos (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998). Esses transportes distribuem-se por algumas rotas principais que irão conectar os grandes produtores aos grandes mercados (GOMES, 2007; THOMAS, 2001; BAKER,1998).

38 38 4. CONCLUSÃO Um campo de petróleo é desenvolvido através de um trabalho integrado de equipes multidisciplinares de boa qualidade garantindo a otimização e segurança da exploração offshore. Todo o estudo e atividades necessárias para se tomar uma decisão capaz sobre a exploração estão envolvidas na aquisição sísmica, utilização de todas as informações disponíveis elaborando uma avaliação econômica preliminar e sondagem. Os acionistas do projeto avaliam a sua viabilidade e aprovam a primeira produção do poço. O melhor maneira de transporte da produção é através de oleodutos. Na perfuração, etapa decisiva na descoberta do óleo, utiliza-se uma sonda onde as rochas são perfuradas por uma broca localizada na coluna de perfuração. Os detritos de rochas são removidos através de um sistema de circulação utilizando o fluido lama. A coluna de perfuração ao atingir uma determinada profundidade é retirada do poço para o revestimento e a cimentação garantindo a segurança do poço para o avanço na perfuração. Uma broca de diâmetro menor prossegue a perfuração e assim em diante. A próxima etapa após a perfuração e a avaliação de formação com a decisão da viabilidade econômica do poço é a completação. A etapa de completação tem o objetivo de deixar o poço em condições permanentes de operação segura e econômica, responsável por equipar o poço para a produção de óleo ou gás. A movimentação da produção do óleo e do gás é essencial para o sucesso das operações offshore. Geralmente a zona de produção injetam o óleo e o gás em oleodutos, tubos de aço de diâmetro variável conforme o seu destino. Existem milhares de quilômetros de oleodutos em todo o mundo sendo que cada um pode suportar geralmente produções superiores a um milhão de barris por dia. Esses oleodutos são direcionados ao consumidores que no caso do óleo são as refinarias e do gás centrais termoelétricas ou redes de distribuição de gás natural.

39 39 5. REFERÊNCIA ANP- Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. (Org.). Apresentação Disponível em: < >. Acesso em: 08 nov ANP- Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. (Org.). SISTEMA DA ANP REÚNE ACERVO DIGITAL DE LEGISLAÇÃO Disponível em: < >. Acesso em: 18 nov ANP. (Org.). Bacia de Campos Disponível em: < Acesso em: 08 nov BAKER, Ron. A Primer of Offshore Operations. 3. ed. Texas: Petroleum Extension Service, p. DEVEREUX, Steve. Drilling technology in nontechnical language. 2. ed. Oklahoma: Pennwell, GOMES, Jorge Salgado; ALVES, Fernando Barata. O Universo da Indústria Petrolífera. 3. ed. [s.i]: Fundação Calouste Gulbenkian, p. Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (Ibama). Anuência e autorizações. Disponível em: < Acesso em: 18 nov LEFFLER, William L.; PATTAROZZI, Richard; STERLING, Gordon. Deepwater Petroleum Exploration & Production: A nontechnical Guide. Tulsa: Pennwell, Oceanografia para projetos de Produção e Proteção Ambiental na Petrobrás. Direção de Pedro Ponce. Realização de Petrobras. Coordenação de Nora Maia. Métodos Científicos, (5 min.). PARNAÍBA. Produção de Ogx. Rio de Janeiro, wmv, son., color. PARNAÍBA. Produção de Ogx. Rio de Janeiro, wmv, son., color. PERFURAÇÃO de Poço. Realização de Petrobras. Rio de Janeiro: Petrobras, P&B. PETROBRAS. Bacia de Campos Disponível em: < Acesso em: 08 nov RIG overview. Rio de Janeiro: National Oil Well Varco, P&B. THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Rio de Janeiro: Editora Interdência, 2001.

40 40 ANEXO A