Palestra SEAERJ Eng o Mec. e Prof. Glaucy Oliveira de Sabóia

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1 Palestra SEAERJ Eng o Mec. e Prof. Glaucy Oliveira de Sabóia

2 O presente trabalho visa fornecer informações básicas a respeito dos equipamentos submarinos utilizados na produção de petróleo e gás em águas rasas, profundas e ultra profundas, na atual indústria do petróleo, tanto no Brasil, quanto em outros países. É importante ressaltar que, as diferenças construtivas, de materiais, de instalação e etc., são características não só das empresas operadoras aqui denominadas como proprietárias de tais equipamentos (cliente final), das empresas que os constroem, as normas utilizadas e as características da região onde esses equipamentos serão utilizados.

3 Pode-se listar os equipamentos submarinos para produção de petróleo, da seguinte forma abaixo descrita: Cabeça de Poço (Well Head); Árvore de Natal Molhada (Christmas Tree); Manifolds de Produção; Manifolds de Controle; PLEM (Pipeline end Manifold); PLET (Pipeline end Terminator); Módulo de Conexão Vertical; Jumpers. Pode - se incluir também nessa visão, os Dutos Rígidos, as Linhas Flexíveis de Produção, Linhas Flexíveis de Controle e os Risers. Determinadas particularidades de exigência dos proprietários desses equipamentos, leva-nos a estender algum conhecimento de adendos de alguns equipamentos como as BAP s (Bases Adaptadoras de Produção), e os MCV s (Módulos de Conexão Vertical).

4 Definiremos Arranjo Submarino, como a escolha dos equipamentos, bem como o número destes equipamentos, que serão utilizados em determinado campo submarino de produção de petróleo e gás. O arranjo final de um campo de produção de petróleo, é o resultado da otimização em que se envolvem diversas variáveis como número de poços e seus respectivos posicionamentos, comprimento, diâmetros nominais dos dutos e linhas flexíveis de produção, posicionamento da unidade de produção flutuante (ou não flutuante), tipos de ancoragem, meios de instalação, perfil de produção, necessidade de meios de elevação do produto obtido (Gas Lift, Injeção de Água e etc), bem como demais particularidades devidas não só à proprietária dos equipamentos/campo e etc.

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6 As Cabeças de Poço deverão suportar os revestimentos de tais poços, esforços relativos aos Risers, bem como oferecer vedação a todo sistema estabelecido desde Leito Marinho, até o BOP (Blowout Preventer). Uma vez já instalada a Cabeça de Poço e, realizada a perfuração do poço, esta deverá fornecer alijamento, travamento e vedação para Suspensor de Coluna (Tubing Hanger) e Árvore de Natal Molhada (Christmas Tree). Em alguns casos, como na operadora brasileira Petrobrás, a Cabeça de Poço deverá estar preparada para receber a BAP (Base Adaptadora de Produção)

7 São existentes dois tipos de sistemas de cabeças de poços submarinos (SCPS): Sistemas para unidades de produção fixas (apoiadas no fundo do mar); Sistemas para unidades de produção flutuantes. Os primeiros sistemas utilizados tanto no Brasil quanto no exterior, durante a década de 1970 que, no Brasil se estenderia até meados da década de 1980, eram dos modelos fabricados pela VETCO (HB-3, SG- 1 e SG-5). Tais modelos foram projetados para utilização para profundidades (lâmina d água), de até 200m. Posteriormente, os demais fabricantes de SCPS (FMC, Cameron, Dril-Quip e etc.), introduziram no mercado, trazendo consigo novidades tanto no equipamento propriamente dito, como em suas ferramentas para instalação manutenção, dentre outros itens.

8 A partir de 1992, com as profundidades de perfuração atingindo 1000m (lâmina d água), estes equipamentos foram sendo expostos a uma nova realidade operacional, uma vez que, tais equipamentos traziam consigo, antigas características. Estas deficiências surgiam, principalmente nas ferramentas que, passeavam longos trechos dentro dos Raisers de perfuração, ficando muito impregnadas de lama e cascalho, o que comprometiam seus mecanismos de funcionamento. Surgiram então, os atuais equipamentos da atual geração, com as principais características: Perfil H4; Totalmente Weigth-set; Teste do BOP utilizando a Pressão máxima de Trabalho, em qualquer fase do poço, utilizando-se ferramenta isoladora e/ou Teste Plug Universal (TPU), assentado diretamente no Alojador de Alta Pressão,

9 Suspensor de Revestimento e/ou Buchas de Desgaste. Possibilidade de teste do BOP mesmo com o terceiro suspensor instalado; Possibilidade de que, mesmo a bucha nominal estando instalada, de teste do BOP à PMT; Conjunto de vedação universal (CVU) metal-metal, recuperável em uma única manobra; Geração da energização do conjunto de vedação através da pressão; Utilização de Dispositivo Anti Torque (DAT); Uso de ferramentas exclusivas (CVU e Casing Patch).

10 Limitações de tais equipamentos foram aparecendo, à medida que, aumentavam as profundidades para perfuração. O crescente aumento de profundidade elevavam o valor diário de utilização de sondas de perfuração. Tal conjunto de necessidades alavancou a incorporação aos produtos, de forma alavancar melhorias dos sistemas e consequentemente, reduzir o tempo de instalação. Tais melhorias, também levaram a maior confiabilidade e segurança. A partir da década de 1980 um novo conjunto de equipamentos foi introduzido no mercado carregando consigo melhorias no sistema de vedação (Packoff). Os sistemas de vedação passaram a ser classificados em sistemas torque-set e weigth-set respectivamente, por aplicação de rotação ou peso, sendo a aplicação de peso, o mais moderno.

11 Fases de Instalação de um Sistema de Cabeça de Poço Submarino (SCPS)

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17 Funções de uma ANM: Criar uma barreira de Segurança; Permitir retenção do fluido de produção; Proporcionar a regulagem do fluxo de produção (Choke); Permitir a injeção contínua de produtos químicos; Permitir o controle das válvulas de fundo; Proporcionar a transmissão de dados elétricos dos Downholes Gauges; Permitir uma intervenção de poço.

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19 Arranjo da Coluna de Produção e do Anular

20 Funções do Anular: Reter o fluido do packer; Permitir a injeção contínua de produtos químicos no; downhole; Permitir a passagem de fluido hidráulico para as downhole valves; Permitir a passagem de sinais elétricos, através dos cabos, para os downhole gauges; Permitir a passagem de gás para proporcionar a produção através de Gas Lift; Monitorar a produção da coluna.

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22 Diagrama Hidráulico/Elétrico Esquemático de uma ANM

23 Pode-se classificar uma ANM (Xmas Tree), quanto ao seu serviço e sua configuração. Quanto ao serviço: ANM de Produção; ANM de Injeção. Quanto sua configuração: Convencional (Vertical); Horizontal.

24 Árvore de Natal Molhada Convencional ou Vertical É a mais conhecida e amplamente aplicada no Brasil. Básica e modernamente é composta de pela Base das Linhas de Fluxo, denominada como Base Adaptadora de Produção (BAP). Possui um Suspensor de Coluna de Produção (Tubing Hanger TH), terminação de linhas de fluxo denominado como Módulo de Conexão Vertical (MCV), pela Árvore propriamente dita e pela Capa da Árvore (Tree Cap). Esses equipamentos tem como características serem pigáveis, possuindo também, revestimentos metalúrgicos especiais (Clad), nos pontos de contato com o fluxo do fluido de produção, caso esse seja abrasivo, corrosivo e/ou erosivo.

25 Descrição de Componentes Árvore de Natal Molhada: Constituída por bloco forjado, onde são montadas as válvulas de bloqueio manuais e hidráulicas. Na sua parte inferior é montado um conector com perfil H4, que permite a conexão e desconexão da ANM, do Alojador de Alta Pressão tanto da Cabeça de Poço, quanto da Base Adaptadora e Produção. Pode-se ter os nominais de 18¾ ou 16¾. Na parte superior, é montado o manifold da ANM (Tree Manifold), de onde partem todas as linhas de controle de funções da ANM e, chegam as linhas de controle da plataforma. Possui bores de 4 e 2 para assentamento de Plugs e, perfil externo para travamento da Ferramenta de Instalação da Árvore - TRT (Handling & Running Tool). Neste mesmo perfil, acopla-se o conector da Capa da Árvore (Tree Cap).

26 As principais Válvulas montadas na ANM são: Válvula Mestra de Produção M1 (Master Valve); Válvula Lateral de Produção W1 (Wing Valve) Válvula Mestra do Anular M2 (Annulus Master Valve); Válvula Lateral do Anular W2 (Annulus Wing Valve); Válvula de interligação entre a linha de produção e do anular (Crossover) CO; Válvula de pistoneio da produção (Swab Valve) S1; Válvula de pistoneio do anular S2.

27 Suspensor da Coluna de Produção (Tubing Hanger): É o equipamento que realiza a interface entre a ANM e a Coluna de Produção. O Suspensor de Coluna de Produção é ancorado e travado tanto na Base Adaptadora de Produção, como poderá ser ancorado e Travado no Spool da própria ANM. Produz também, a vedação entre a coluna de produção e o anular. É dotado de alojamento para tampão mecânico ou coletor de detritos, que podem ser descidos, através de operação por arame (Wireline). Os suspensores mais utilizados, são do tipo excêntrico, com interface superior padronizada para proporcionar intercambiabilidade. Possui furo (bore) de 4 para acesso à coluna de produção e outro de 2 para acesso ao anular. Esse furo pode ser utilizado também, para passagem de cabo elétrico de potência, quando se fizer necessária a elevação forçada do fluido de produção, através de bombeio centrífugo submerso (BCS).

28 Possui, também, um ou dois furos de ½ para passagem p]do fluido hidráulico de acionamento da Válvula de Segurança de Subsuperfície (Downhole Safety Valve - DHSV). Por último, possui também um furo para receber o conector do cabo elétrico do PDG (permanent downhole gauge). Esse equipamento recebe e transmite os dados de temperatura e pressão do fundo. Funções do Suspensor de Coluna de Produção (Tubing Hanger): Suspensão da coluna de produção; Selagem entre a coluna de produção e o anular; Proporcionar a condução do fluido de produção entre a coluna e a ANM; Permitir a condução do fluidos hidráulico para as downhole valves; Permitir a condução de sinais elétricos dos downhole gauges; Permitir a injeção química através dos downholes; Permitir a intervenção de poço.

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30 Produtos químicos para injeção e suas funções:

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33 Funções de um Manifold de Produção A principal, função de um manifold é o de reunir, em uma só linha, a produção oriunda de vários poços. É constituído por arranjos de tubulações (coleta, injeção, teste e exportação), conjunto de válvulas de bloqueio, válvulas de controle de escoamento (chokes) e subsistemas de monitoramento, controle e interconexão usualmente por via elétrica com a UEP. No caso de injeção de gás e água, o manifold tem como função distribuir para os poços os fluidos de injeção vindos da UEP. As funções de produção e injeção podem estar contidas num mesmo manifold.

34 Tipos de Manifold MSP Manifold Submarino de Produção; MSI Manifold Submarino de Injeção; MIS Manifold de Interligação Submarina; MSPI Manifold Submarino de Produção e Injeção. Formas de Instalação Até 1000m: Instalação por Cabo; Instalação por Riser de Perfuração.

35 Acima de 1000m Método Sheave Método Pêndulo

36 As principais vantagens na utilização de manifolds são a redução do comprimento total de linhas e redução do número de risers conectados à UEP. Por tais benefícios e em se considerando o alto custo dessas linhas, esse equipamento é de alta contribuição na viabilidade técnica e econômica da produção, notadamente no mar. Atualmente, a configuração mais usual se constitui numa estrutura independente, simplesmente assentada no leito submarino e recebendo a produção de vários poços satélites.

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38 Funções de um Manifold de Controle A principal, função de um manifold de controle é o de reunir, em uma só linha, o controle de produção ou injeção oriunda de vários poços. É constituído por arranjos hidráulicos e elétricos para conjunto de válvulas de bloqueio, válvulas de controle de escoamento (chokes) e subsistemas de monitoramento, controle e interconexão usualmente por via elétrica com a UEP. No caso de injeção de gás e água, o manifold tem como função distribuir para os poços os fluidos de injeção vindos da UEP. As funções de produção e injeção podem estar contidas num mesmo manifold.

39 Dados de Projeto Deep of Project Temperature of Sea water Number of injector water wells Instalation of MSCs Instalation of TSUMs and TSUPs Connection of the Jumpers Electric and Hydraulical Control System of Tree Acquisition of dates Trees Usefull life 2000 m 2º C 4 wells The handle Connected to the Umbilical ROV Direct hydromechanical engineer Eletric Multiplex (MUX) 25 Years

40 Eletrical Conections Bull eye Transponder Compass Compass Hydraulic Conections

41 Parking Philosophy

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44 Equipamento responsável por interligar dutos de exportação de óleo ou gás a uma mono bóia ou planta onshore.

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47 Funções do PLET São equipamentos projetados e desenvolvidos para possibilitar a conexão entre os dutos rígidos e as linhas flexíveis. O objetivo básico é minimizar os investimentos do sistema das linhas de escoamento.

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50 Utilização dos Conectores

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