CAPÍTULO 4 ESCOAMENTO DA PRODUÇÃO ESCOAMENTO

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Rui Dinis Silveira
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1 CAPÍTULO 4 ESCOAMENTO DA PRODUÇÃO ESCOAMENTO O escoamento das plataformas é feito através de dutos que podem ser denominados dutos rígidos ou dutos flexíveis, de acordo com o material de que são constituidos. Os dutos rígidos são constituidos por uma liga de aço, podendo ser também de titânio. Os dutos flexíveis são constituidos por várias camadas de materiais diferentes, com funções diferentes; o número de camadas de um duto flexível é em função do material que ele transporta e de sua localização. O duto tem por finalidade transportar fluido entre o poço e a plataforma, entre plataformas, ou entre a plataforma e um local em terra, ou entre a plataforma e um navio aliviador. Os dutos, dependendo da região em que se encontram, recebem uma denominação diferente, ou seja, o trecho do duto que fica suspenso é denominado de riser e o trecho que fica em contato com o solo marinho é denominado de duto submarino (pipeline, flowline). Atualmente, há risers denominados híbridos que são constituidos por um trecho de riser rígido e outro de riser flexível. Existem algumas concepções que adotam este tipo de riser denominado Riser Hibrido Auto Sustentado, as Torres Hibridas e o Riser S hibrido. Esta imagem (cortesia de 2H Offshore) mostra uma matriz de risers híbridos independentes semelhantes aos que estão sendo utilizados pela Petrobras para produzir nos campos de Cascade e Chinook, no Golfo do México. Os risers de pé livre híbrido utilizado pela Petrobras foram concebidos pela Technip.

Os dutos flexíveis são constituidos por várias camadas de materiais diferentes, com funções diferentes; o número de camadas de um duto flexível é em função do material que ele transporta e de sua

2 Esta imagem mostra a cadeia de conexão do tanque de flutuação para o riser de produção.

3 O riser, quanto a sua função, pode ser de perfuração, de completação ou de produção. O riser de perfuração tem como finalidade de abrigar a coluna de perfuração, retornando em seu anular o fluido de perfuração à superfície, trazendo consigo os cascalhos provenientes desta operação. O riser de completação tem como finalidade levar os equipamentos até a zona produtora, a fim de que se possa completar um poço. Entende-se por completação um conjunto de operações, realizadas após o término dos trabalhos de perfuração, visando colocar um poço em produção. Estas operações são, basicamente, as seguintes: instalação dos equipamentos de segurança para controle do poço, condicionamento do revestimento de produção e do fluido nele contido, verificação da qualidade da cimentação primária realizada pela perfuração, quando da instalação do revestimento de produção, canhoneio (perfurações) na zona de interesse, instalação de equipamentos no interior de poço, para garantir a produção de forma segura e eficiente, instalação dos equipamentos de superfície e indução de surgência (isto é, colocar o poço em produção). O riser de produção é o que conduz o petróleo bruto do poço à superfície, para ser separado em óleo, gás e água. Quanto a sua constituição estrutural, os risers podem ser classificados em rígidos ou flexíveis. Os risers rígidos podem ser subdivididos em verticais e em forma de catenária, que são denominados de SCR ( Steel Catenary Riser). O SCR foi estudado e viabilizado para utilização com o objetivo de substituir o riser flexível com grande diâmetro em profundidade onde o riser flexível não é viável tecnicamente, até o momento.

O riser de completação tem como finalidade levar os equipamentos até a zona produtora, a fim de que se possa completar um poço.

4 CONFIGURAÇÃO DE DUTOS FLEXÍVEIS Através da Figura a seguir pode-se visualizar um cenário submarino de exploração característico. Observam-se dutos flexíveis assentados no leito marinho (Flowlines), linhas que interligam os equipamentos submersos aos de superfície (Risers) e linhas que podem fazer interligação para equipamentos de superfície (Jumpers).

Observam-se dutos flexíveis assentados no leito marinho (Flowlines), linhas que

5 Flowlines São denominados flowlines os dutos que, depois de instalados, ficam apoiados no fundo e, portanto não sofrem solicitações cíclicas, além de possuírem um comportamento considerado basicamente estático. Essas linhas flexíveis (flowines), responsáveis pela ligação entre o poço e o manifold ou plataforma. Jumpers É chamada de jumper a configuração de um riser flexível de pequeno comprimento que forma uma catenária suspensa, como por exemplo a interligação da árvore de natal ao manifold. Configuração dos Risers As aplicações dinâmicas de linhas flexíveis geralmente acontecem quando estas interligam pontos entre unidades de produção e equipamentos submarinos. Movimentos relativos entre esses pontos ocorrem devido a forças que são representadas por carregamentos oriundos de condições ambientais, tais como ventos, correntes marinhas e irregularidades no fundo. Essas solicitações são transmitidas às linhas dificultando a operação em águas profundas. Para a solução desses problemas ou a diminuição dos efeitos causados por essas forças, são utilizadas configurações de risers específicas. Configurações em catenária são assumidas em diversos cenários. A configuração mais simples e barata é a catenária livre (free hanging), mas que pode gerar grandes problemas devido aos esforços nas conecção com à unidade de produção. Com o intuito de reduzir estes esforços são colocados flutuadores ou bóias nas seções intermediárias do riser. Desta forma, o empuxo provocado por esses elementos alivia o peso suportado pelo sistema flutuante, e quando sob solicitações laterais, contribui com movimentos restauradores. A seguir mostraremos o uso dos conectores, dos flutuadores, e as configurações de montagem.

Jumpers É chamada de jumper a configuração de um riser flexível de pequeno comprimento que forma uma catenária suspensa, como por exemplo a interligação da árvore de natal ao manifold.

6 ESTRUTURA DE DUTOS FLEXÍVEIS Estrutura do Duto Flexível Os dutos flexíveis levam uma grande vantagem sobre os dutos rígidos quando comparados dinamicamente. O duto flexível possui camadas metálicas e camadas plásticas sobrepostas. Estas por sua vez, movimentam-se relativamente de acordo com o esforço aplicado à linha. Tal fato possibilita que o flexível possa atingir grandes curvaturas, quando comparado aos dutos rígidos. Os dutos flexíveis podem ser classificados de acordo com seu processo construtivo, de acordo com sua camada interna ou ainda de acordo com a presença de H2S. Classificação de acordo com o processo construtivo Bonded ou vulcanizados (camadas aderentes) possuem camadas coladas umas nas outras como num processo de vulcanização. Isso faz com que as camadas atuem de maneira uniforme, ou seja, como uma única camada. A Figura 5 mostra uma estrutura bonded;

Tal fato possibilita que o flexível possa atingir grandes curvaturas, quando comparado aos dutos rígidos.

7 Classificação de acordo com a camada interna do duto Os dutos flexíveis são estruturas constituídas de camadas cilíndricas poliméricas e camadas metálicas dispostas em helicóides, cada uma com características geométricas e físicas específicas. As camadas poliméricas têm função de vedação, ou seja, mantêm o fluido em seu interior, e podem auxiliar no isolamento térmico e na redução de fricção. As camadas helicoidais metálicas, também denominadas de armaduras, representam as principais características estruturais. Essas ou tiras metálicas enroladas helicoidalmente sobre um núcleo polimérico. Para o projeto um duto flexível, deve-se levar em conta diversos fatores. Primeiramente é necessário ter conhecimento de qual aplicação terá este flexível (exportação de petróleo, gás lift, produção, etc.), qual será o seu diâmetro interno, qual a profundidade do poço e a vida útil que a linha deverá ter. Leva-se em consideração ainda os tipos de fluidos que serão transportados, qual sua pressão e temperatura, sua composição molar, teor de H2S, pressão de CO2, densidade do fluido, dentre outros. As condições ambientais em que os dutos flexíveis estarão sujeitos, principalmente referente às velocidades das correntes marítimas em função da profundidade do duto também devem ser observadas no projeto de duto. De acordo com a aplicação do duto flexível, podemos dividi-los em dois grupos: os Smooth Bore e os Rough Bore. Estruturas Smooth Bore Um duto flexível do tipo Smooth Bore possui um duto termoplástico interno. Este tipo de duto é usado para transportar produtos líquidos que não apresentam gases em sua composição (água, produtos químicos, óleo, etc).

As camadas poliméricas têm função de vedação, ou seja, mantêm o fluido em seu interior, e podem auxiliar no isolamento térmico e na redução de fricção.

8 Estrutura Rough Bore Sua principal característica é que ele internamente possui uma camada intertravada, denominada carcaça, produzida numa máquina de espiralamento. Este tipo de flexível é utilizado para o transporte de produtos bifásicos ou gases. Apesar de ser a primeira camada do duto, a carcaça não possui nenhuma função de vedação. Sua principal função é proporcionar suporte à camada termoplástica com a finalidade de resistir ao colapso devido à difusão do gás e à pressão hidrostática externa. A Figura 11 mostra uma estrutura típica de um duto Rough Bore.

Apesar de ser a primeira camada do duto, a carcaça não possui nenhuma função de vedação.

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