Introdução à Engenharia do Petróleo I

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1 Introdução à Engenharia do Petróleo I Professor: Sandro C. Amico, Ph. D. Carga horária: 45 horas Horário: Objetivo: Capacitar os alunos em conhecimentos básicos nas principais áreas relacionadas à indústria do petróleo. Ementa: 1) Petróleo 3 horas 2) Química Orgânica e Componentes do Petróleo 8 horas 3) Geologia do Petróleo 8 horas 4) Prospecção do Petróleo 8 horas 5) Leasing: Conceitos Gerais 3 horas 6) Operações de Perfuração 8 horas 7) Avaliação de Formações 2 horas 8) Completação 3 horas 9) Reservatórios 2 horas Avaliação: 2 Provas + 1 Seminário Bibliografia Básica: (1) Fundamentals of Petroleum Kate Van Dyke - Fourth Edition - The University of Texas Austin/USA, (2) Fundamentos de Engenharia de Petróleo José Eduardo Thomas PETROBRÁS Editora Interciência Rio de Janeiro/Brasil, Introdução à Engenharia do Petróleo II Carga horária: 30 horas Data prevista: Elevação, Transporte, Refino e Processamento - Produtos, Considerações Ambientais e de Saúde, Marketing, Economia do Petróleo. 1

2 CAPÍTULO 1 PETRÓLEO 1 Histórico 1.1 No Mundo Babilônia: Tijolos assentados com asfalto. Fenícios: Uso de betume na calefação de embarcações. Egípcios: Estradas, embalsamento e construção de pirâmides. Gregos e Romanos: Fins bélicos. Índios pré-colombianos: Decorar e impermeabilizar cerâmica. Incas, maias e outras civilizações antigas também utilizavam (ex. óleo medicinal ou para massagens). - Petróleo retirado de exudações naturais Início da exploração comercial (USA) após descoberta de: Cel. Drake (Pensilvânia) Poço de 21 m perfurado com um sistema de percussão (a vapor) Produção: 2 m 3 /dia de óleo. Destilação (somente) resultava em produtos que substituíam o querosene para iluminação (do carvão e óleo de baleia) com grande margem de lucro. Posteriormente: Motores a gasolina e diesel para transporte e geração de energia (lucros expressivos para derivados até então desprezados) tornam o querosene de importância secundária. Fim do século XIX Época áurea da perfuração pelo método de percussão (multiplicação de poços) (Texas) Anthony Lucas: Óleo a 354 m (processo rotativo de perfuração). - melhoria dos projetos e da qualidade do aço (brocas) e técnicas de perfuração poços de mais de m. 2

3 Até 1945 Produtores: USA, Venezuela, México, Rússia, Irã e Iraque. Anos 50 USA (50%). Aparecimento do hemisfério oriental. Intensa atividade exploratória. Aumento das incursões no mar. Década de 60: Abundância de petróleo (excesso de produção e baixos preços). Repolarização: Óleo no Oriente médio e gás na URSS. Anos 70: Brutal elevação de preço Grandes descobertas (Mar do Norte e México) Descobertas em países do 3 o Mundo e países comunistas. USA: Grandes reservas esgotadas grandes avanços tecnológicos (dispositivos de aquisição, processamento e interpretação de dados sísmicos além de recuperação de petróleo de jazidas já conhecidas). Avanços na geoquímica orgânica (geração e migração de petróleo). Anos 80 e 90: Redução de custos de exploração e produção (avanços tecnológicos) 1996: Reservas mundiais 60% maiores que 1980 e custos de prospecção e produção 60% menores. 1.2 No Brasil 1858 Marquês de Olinda concede a José Barros Pimentel o direito de extrair mineral betuminoso (Bahia) Gotejamento de óleo no subúrbio de Salvador Primeiras pesquisas (Alagoas sedimentos argilosos betuminosos) Primeiro poço (Bofete/SP) 488 m Produziu 0,5 m 3 de óleo Criação do Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil. Perfuração sem sucesso de 63 poços (PA, Al, BA, SP, PR, SC e RS) Criação do Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) Poço DNPM-163 (Lobato/BA): descobre petróleo (21/01/1939) a 210 m (sonda rotativa). Poço antieconômico, mas de importância fundamental. Final de 1939 Mais de 80 poços perfurados Primeiro campo comercial Candeias/BA 3

4 1954 Monopólio estatal instituído por Getúlio Vargas - Criação da PETROBRÁS Empresa descobriu petróleo em AM, PA, MA, CE, RN, AL, SE, BA, ES, RJ, PR, SP e SC. Década de50: Campos em Tabuleiro dos Martins/AL e Taquipe/BA Década de 60: Carmopolis/SE e Miranga/BA. Primeiro descoberta no mar (Guaricema/SE) Década de 70: Província petrolífera da Bacia de Campos/RJ. Plataforma continental do RN (Ubarana). Década de 80: Petróleo em Mossoró/RN 2 a maior área produtora do país. Campos gigantes de Marlim e Albacora (águas profundas em Campos) e no Rio Urucu (AM). Década de 90: Campos gigantes de Roncador e Barracuda (Campos) Produção cresceu de 750 (1954) para m 3 /dia (anos 90) Evolução do recorde mundial de produção na plataforma continental 3 Importância do Petróleo e da Indústria Petrolífera O PETRÓLEO FOI SE IMPONDO COMO FONTE DE ENERGIA PETRÓLEO É IMPRESCINDÍVEL ÀS FACILIDADES E COMODIDADES DA VIDA MODERNA 4

5 PRODUÇÃO DE PETRÓLEO BRUTO, CONSUMO DE PRODUTOS PETROLÍFEROS E CAPACIDADE DE REFINO (Mton) [Fonte: ENSPM, Formation Industrie, 1998] AMÉRICA DO NORTE Dos quais Estados Unidos Canadá EXTREMO ORIENTE/OCEANIA Dos quais Japão China Índia Indonésia Austrália Singapura EUROPA OCIDENTAL Dos quais Alemanha Itália França Reino Unido Espanha Paises Baixos Bélgica/Luxemburgo Noruega EUROPA ORIENTAL Incluindo ex URSS AMÉRICA LATINA Dos quais México Brasil Argentina Venezuela ORIENTE MÉDIO Dos quais Arábia Saudita Irã Kuwait Iraque ÁFRICA Dos quais Argélia Nigéria Líbia Consumo 1 Refino Produção Pet. Bruto ,2 413, ,6 322, ,6 90, ,3 249,4 143,4 54,3 40,2 38,6 57,9 705,4 105,4 113,1 87,3 97,1 64,8 59,3 31,5 632,5 372,6 69,8 145, ,0 62,8 33,2 58,9 82,8 62,1 41,2 23,3 352,5 313,7 362,6 432,5 948,2 333,1 155,7 75,5 131,1 153,7 350,7 142,1 147,2 390,4 183,0 90,5 29,9 40,6 100,3 69,8 TOTAL ,1 3155,7 Produção da OPEP: 1285,6-40,7%. Negritos: Fazem parte da OPEP 1 Consumo do mercado interno e das refinarias, sem as perdas 2 Compreende condensados e líquidos do gás natural 5

6 AVALIAÇÃO DO CONSUMO 1 DE PETRÓLEO NO MUNDO Todos os produtos (em milhões de toneladas) [Fonte: ENSPM, Formation Industrie, 1998] * América do Norte 901,7 958,1 773,1 873,5 859,5 857,1 887,4 914 Estados Unidos 818,0 868,0 704,9 796,7 781,8 782,2 807,9 831 Canadá 83,7 90,1 68,2 76,8 77,7 74,9 79,5 83 América Latina 160,3 203,6 209,8 227,2 234,3 247,0 262,9 278 Europa Ocidental 2 737,6 716,6 584,0 612,4 627,5 653,0 652,5 669 Europa Oriental 425,4 561,2 504,3 503,0 503,2 401,6 290,9 263 Ex URSS 325,7 427,0 416,6 414,6 420,1 343,0 231,8 196 Oriente Médio 62,2 75,4 132,2 147,5 162,7 168,3 179,8 187 África 49,5 65,9 78,9 87,6 96,4 98,6 99,7 103 Ásia/Austrália 426,5 505,4 454,3 583,3 653,3 726,9 799,2 887 China 53,8 91,1 84,7 110,2 110,3 129,0 144,1 172 Japão 269,1 265,1 207,2 224,7 247,7 258, Austrália 34,8 38,1 31,1 29,9 31,6 30,9 34,1 35 TOTAL MUNDIAL 2798,0 3124,3 2767,7 3034,1 3136,9 3152,5 3172, *Números previstos 1 Consumo do mercado interno e das refinarias, sem as perdas. 2 A partir de 1982 a Alemanha reunificada. 6

7 CONSUMO E PRODUÇÃO MUNDIAL DE GÁS NATURAL Perspectivas 2000 e 2020 em Mtep América do Norte ,5 469 Canadá Estados Unidos , América Latina ,5 151 Europa Ocidental ,5 257 Europa Oriental , CEI Outros Países 477,5 77, , África 32 71,5 138 Oriente Médio Ásia/Oceania ,5 268 Japão Austrália/Nova Zelândia Outros Países ,5 20,5 129, Total Mundial Consumo Mundial de Gás Natural Produção Mundial de Gás Natural América do Norte Canadá Estados Unidos 467,0 78,5 388,5 446,5 112,5 334, América Latina ,5 181 Europa Ocidental ,5 127 Europa Oriental CEI Outros Países África 50, Oriente Médio 63, Ásia/Oceania Japão/Austrália/Nova Zelândia Outros Países 94,5 16, , , TOTAL MUNDIAL 1472,

8 PETRÓLEO X GÁS NATURAL Evolução dos Produtos Comercializados e das Reservas (provadas) no mundo [Fonte: Cedigaz Cornot-Gandolphe, 1993; Gaz Naturel, Rojey et al., 1998] 8

9 [Fonte: PETROBRÁS] 9

10 Petroquímica: Grande utilização de derivados-plásticos, borrachas sintéticas, tintas, solventes, explosivos, prod. farmacêuticos, cosméticos, etc. 10

11 Quais os rendimentos obtidos, em derivados, em relação ao petróleo processado? Estes rendimentos dependem do tipo do petróleo e da complexidade da refinaria. No caso das refinarias da Petrobrás, o aproveitamento médio de um barril de petróleo (PETROBRÁS) é: Derivados % GLP 8,75 Gasolinas (automotivas e aviação) 21,31 Nafta 8,96 Querosenes (iluminação e aviação) 4,36 Óleo diesel 34,83 Óleos combustíveis 16,85 Outros 4,94 (mais de 80) Derivados e sua utilização: Produto Gás ácido Eteno Dióxido de carbono Propanos especiais Propeno Butanos especiais Gás liquefeito de petróleo Gasolinas Naftas Naftas para petroquímica Aguarrás mineral Solventes de borracha Hexano comercial Solventes diversos Benzeno Tolueno Xilenos Querosene de iluminação Querosene de aviação Óleo diesel Lubrificantes básicos Parafinas Óleos combustíveis Resíduo aromático Extrato aromático Óleos especiais Asfaltos Coque - Enxofre n-parafinas Utilização Produção de enxofre Petroquímica Fluido refrigerante Fluido refrigerante Petroquímica Propelentes Combustível doméstico Combustível automotivo Solventes Petroquímica Solventes Solventes Petroquímica, extração de óleos Solventes Petroquímica Petroquímica, solventes Petroquímica, solventes Iluminação e combustível doméstico Combustível para aviões Combustível para ônibus, caminhões, etc. Lubrificantes de máquinas e motores em geral Fabricação de velas, indústria de alimentos Combustíveis industriais Produção de negro de fumo Óleo extensor de borracha e plastificante Usos variados Pavimentação Indústria de produção de alumínio Produção de ácido sulfúrico Produção de detergentes biodegradáveis 11

12 A indústria do petróleo fornece as matérias-primas mais baratas para a fabricação de muitas substâncias químicas comercializadas (ex. negro de fumo, amônia, etanol, glicol, precursores petroquímicos, etc.). 1) Quantas refinarias tem a Petrobras? A Petrobras possui dez refinarias e uma fábrica de lubrificantes. São elas: 1. Refinaria Landulpho Alves (Rlam) - Mataripe, Bahia 2. Refinaria Presidente Bernardes (RPBC) - Cubatão, São Paulo 3. Refinaria Duque de Caxias (Reduc) - Campos Elíseos, Rio de Janeiro 4. Refinaria Gabriel Passos (Regap) - Betim, Minas Gerais 5. Refinaria Alberto Pasqualini (Refap) - Canoas, Rio Grande do Sul 6. Refinaria de Paulínia (Replan) - Paulínia, São Paulo 7. Refinaria de Manaus (Reman) - Manaus, Amazonas 8. Refinaria de Capuava (Recap) - Mauá, São Paulo 9. Refinaria Presidente Getúlio Vargas (Repar) - Araucária, Paraná 10. Refinaria Henrique Lage (Revap) - São José dos Campos, São Paulo 11. Fábrica de Asfalto de Fortaleza (Asfor) - Fortaleza, Ceará As unidades industriais da Petrobrás se completam com duas fábricas de fertilizantes nitrogenados (Fafen), localizadas em Laranjeiras (Sergipe), e em Camaçari (Bahia). 2) Existem refinarias particulares? Sim. Ao ser criada a Petrobrás, o governo manteve as autorizações concedidas a grupos privados. Esta é a razão da existência das refinarias Ipiranga, no Rio Grande do Sul, e Manguinhos, no Rio de Janeiro, ambas de pequeno porte. Nenhuma industria orgânica é mais importante para a civilização técnica moderna (exceto produção primária de alimentos e vestuário). À medida que novos campos (petróleo pesado) foram descobertos e o mercado foi ampliado (exigência de produtos mais especializados) Necessidade econômica de utilizar reações químicas para alteração da estrutura molecular dos compostos naturais existentes. 12

13 Espera-se que quando o custo dos produtos de petróleo como combustível líquido, para a geração de calor e de eletricidade, se tornar comparativamente mais elevado, serão processados o óleo de xisto, as areias oleíferas e o carvão. Existem substitutos para o petróleo? Sim. O homem conhece e utiliza outras fontes de energia, como a hidrelétrica e a nuclear. Existem também as chamadas energias alternativas, que têm baixo custo ambiental, como a energia solar, a energia eólica (dos ventos) e a produzida por óleos vegetais, por exemplo. Entre essas energias alternativas, encontra-se o álcool anidro, que, no Brasil, tem sido utilizado com sucesso como combustível automotivo e matéria-prima para obtenção de produtos tradicionalmente produzidos a partir de petróleo. O uso do álcool foi uma resposta brasileira à crescente necessidade de substituição do petróleo. [PETROBRÁS] A indústria do petróleo (projeto, operação, desenvolvimento, vendas e executivo) tornou-se a maior empregadora de engenheiros químicos. Especialmente devido a necessidade por procedimentos de refino mais complexos, envolvendo numerosas operações físicas e conversões químicas, ou processos químicos unitários, muitas vezes de grande complexidade e porte. Os ramos desta indústria estão inter-relacionados e são tão técnicos que exigem muitos engenheiros especializados. A engenharia deve muito aos engenheiros de petróleo que, no projeto, na construção e na operação de refinarias descobriram e aplicaram muitos princípios da engenharia da destilação, da transferência de calor, da mecânica dos fluidos, etc. 13

14 [Fonte: BP Statistical Review of World Energy, junho 1997; PETROBRÁS] Aproximadamente 20 milhões de toneladas. [Fonte: BP Statistical Review of World Energy, junho 1996; PETROBRÁS] : Média norte-americana; : Árabe Leve entregue em Ras Tanura; : Brent Spot 14

15 Fonte PETROBRÁS 15