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Boletim técnico da Produção de Petróleo

Publicação:JUN /2007

Volume:2

Número:1

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Expediente, Editorial e Sumário

Novas ferramentas de Gestão do Conhecimento são desenvolvidas a cada dia, ao tempo em que amadurece uma visão integrada do assunto. Nessa visão, novas práticas combinam-se a mecanismos tradicionais, em um modelo completo do processo. Este processo envolve a geração, validação, registro, recuperação e transmissão do conhecimento entre técnicos e especialistas das empresas, universidades, institutos de pesquisa e demais participantes da comunidade de Ciência e Tecnologia. Como desafio empresarial, estudos apontam que 80% do conhecimento de uma empresa encontra-se na "cabeça" das pessoas.


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O projeto conceitual de um fluido de perfuração não invasivo isento de sólidos

O projeto de fluido de perfuração que possa garantir a mínima invasão na rocha do reservatório é um tópico importante para a completação de poços de petróleo, especialmente quando esta operação é realizada em poço aberto. A indústria tem proposto algumas idéias, a maioria delas baseada na adição de agentes tamponadores na composição do fluido de perfuração. Tais agentes bloqueariam os poros da rocha perto da parede do poço, restringindo, conseqüentemente, a invasão do filtrado do fluido na rocha. Neste artigo, um diferente conceito é proposto para controlar a invasão: projetar um fluido de base polimérica que poderia gerar perdas de cargas extremamente elevadas quando escoando no meio poroso, sem, no entanto, gerar perdas de cargas adicionais quando escoando no poço. Neste caso, o fluido apresentaria propriedades específicas de escoamento e de transporte de sólidos no poço e não invadiria a formação. Resultados experimentais obtidos com o escoamento de diferentes soluções poliméricas em meios porosos consolidados mostram que o comportamento viscoelástico desses fluidos pode restringir a invasão no meio poroso. Baseados numa proposição de força resistiva viscoelástica para o meio poroso, mapas de caracterização do escoamento definindo o escoamento viscoso, elástico e viscoelástico são obtidos. A análise da invasão é baseada no escoamento radial bifásico (fluido viscoelástico + óleo newtoniano) através de um meio poroso, auxiliado por um pacote comercial de CFD (computacional fluid dinamic).


Autores: André Leibsohn Martins, Alex Tadeu de Almeida Waldmann, Daniel Cunha Ribeiro, Giulio Massarani

Palavras-chave

dano à formação, invasão e fluido de perfuração

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Modelagem dinâmica do processamento primário de petróleo: conceitos fundamentais e aplicação em controle de processos

Historicamente, o desenvolvimento tecnológico no processamento primário offshore se caracterizou pela otimização de peso e espaço em suas unidades de produção. Estas restrições nortearam as pesquisas da Petrobras no desenvolvimento de equipamentos mais eficientes e compactos, a exemplo dos hidrociclones, coalescedores em linha, etc. Contudo, esta compacidade resultou, invariavelmente, em menor capacidade de lidar com oscilações de carga, típicas de unidades offshore. Ao longo dos últimos anos, a maturação de nossos campos produtores (com aumento da produção de água e uso de gas-lift), associado à produção de petróleo em lâminas d´água cada vez maiores, tem aumentado a intensidade das golfadas. Com o objetivo de desenvolver as malhas de controle para atenuar os efeitos negativos de tais instabilidades foram elaborados modelos matemáticos dinâmicos que retratam o desempenho das plantas de separação. Como resultado, algoritmos de controle, como o controle por bandas e o controle de golfadas, foram desenvolvidos e implementados com sucesso. Neste artigo são apresentados os modelos matemáticos do separador de produção e do hidrociclone. Estes modelos são simulados de forma acoplada e os efeitos nocivos das oscilações de carga sobre a eficiência do sistema de tratamento de água são apresentados. São avaliadas duas estratégias distintas de controle de interface água-óleo: o controle PID (proporcional, integral, derivativo) e o controle por bandas. Demonstrase que esta última estratégia é a mais eficiente na estabilização das vazões proporcionando melhor qualidade de água descartada.


Autores: Giovani Cavalcanti Nunes

Palavras-chave

separação trifásica, simulação dinâmica, hidrociclones, controle de processos

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Análise de forças de contato e desgaste interno em risers de perfuração

Este trabalho apresenta uma metodologia para determinar o desgaste na parede interna dos risers de perfuração em virtude do seu contato abrasivo com a coluna de perfuração. Elabora-se um estudo comparativo que relaciona o desgaste sofrido pelo riser em contato com uma coluna de aço com o desgaste sofrido quando em contato com uma coluna de alumínio. Utilizando um modelo numérico com base no Método dos Elementos Finitos (MEF), um estudo de caso é apresentado simulando um sistema de perfuração em lâmina d’água de 3.000m e um poço com 1.500m de extensão. A análise do problema é conduzida de forma estática, na qual se trabalha com a coluna de perfuração acoplada ao riser de perfuração. Posteriormente, as principais forças de contato obtidas são associadas aos parâmetros operacionais do processo de perfuração, tais como: coeficiente de desgaste, taxa de penetração e rotação da coluna. Por fim, um modelo analítico foi utilizado para determinar o volume de material removido da parede interna do riser de perfuração. Com a análise dos resultados, observa-se que a coluna de perfuração de aço gerou uma força de contato lateral maior do que a coluna de alumínio devido ao seu maior peso e, conseqüentemente, maior volume de material foi desgastado na parede interna do riser.


Autores: Rômulo Lima Barbosa, Murilo Augusto Vaz, João Carlos Ribeiro Plácido

Palavras-chave

desgaste de revestimento, risers de perfuração

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Evolução da confiabilidade de sistemas de monitoramento permanente de pressão e temperatura de fundo de poços submarinos na Bacia de Campos

Este trabalho está relacionado à engenharia de confiabilidade, mais especificamente, à análise de dados de vida e modelagem de falhas de sistemas de monitoramento permanente de fundo de poços petrolíferos (PDG) em 12 campos de petróleo na bacia de Campos, Brasil. Estes sistemas compreendem sensores de pressão e de temperatura instalados nos poços e são interligados às plataformas de produção. O levantamento das principais causas de falhas nestes sistemas, em 10 anos de operações, serviu de base para descrever os parâmetros que os governam, prevendo seus comportamentos nos anos seguintes e levando em consideração a teoria da confiabilidade de sistemas. Foi obtido, então, o padrão das operações e extraídas as informações desejadas, como por exemplo: tipos de falhas, modelagem das falhas, tempo de sobrevivência dos sistemas e a avaliação do tempo médio entre as falhas. Esta metodologia pode ser utilizada para a comparação entre desempenho dos componentes de diversos fabricantes. Os resultados podem ser aplicados em análises econômicas, em gerenciamentos de campos de petróleo, em previsão de manutenção e em estudos de confiabilidade. A área de modelos de falhas associada ao tempo de vida destes sistemas é o foco de interesse deste estudo. Baseadas nos resultados, as recomendações são descritas para garantir a evolução da confiabilidade desde a fase de projeto até a operação em campo.


Autores: Helder Mamede Frota, Wagner Destro

Palavras-chave

sistemas de monitoramento, pressão e temperatura, evolução da confiabilidade, poços submarinos

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Desenvolvimento de novas estratégias para recuperação avançada de hidrocarbonetos em reservatórios de petróleo

Neste trabalho é descrito um procedimento numérico acurado, baseado em uma estratégia de decomposição de operadores para a solução computacional de um sistema governante de equações diferenciais parciais. Este sistema modela o escoamento trifásico imiscível água-óleogás em meios porosos heterogêneos em duas dimensões espaciais. O modelo matemático para escoamento trifásico considerado neste trabalho leva em conta as expressões gerais para as pressões capilares e para as funções de permeabilidade relativa e os campos variáveis de permeabilidade. Este procedimento combina um esquema central de diferenças finitas explícito-conservativo, não- oscilatório e de segunda ordem para a aproximação do sistema hiperbólico de leis de conservação com elementos finitos mistos, que são localmente conservativos, para a aproximação dos problemas parabólico (difusão) e elíptico (pressão-velocidade), associados ao modelo trifásico discutido neste trabalho. As simulações indicam que o choque transicional, observado em uma dimensão espacial, pode também estar presente em meios porosos heterogêneos bidimensionais. Choques transicionais podem constituir em uma ferramenta inovadora disponível para estabilizar o processo de injeção de água e gás, e na investigação de novas estratégias de injeção de água e gás para a recuperação avançada de hidrocarbonetos no contexto de escoamentos trifásicos água-óleo-gás em reservatórios de petróleo.


Autores: Eduardo Cardoso de Abreu, Luis Felipe Feres Pereira

Palavras-chave

escoamentos trifásicos, meios heterogêneos, recuperação avançada, ondas transicionais, WAG, decomposição de operadores, elementos finitos mistos, esquemas centrais de diferenças finitas, leis de conservação hiperbólicas

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EXPLOT – Sistema de apoio à decisão para a otimização da explotação de petróleo

Este trabalho apresenta um sistema de apoio à decisão que integra diversas técnicas (algoritmos genéticos, algoritmos culturais, co-evolução, redes neurais, modelo neurofuzzy e processamento distribuído) para a otimização da explotação de reservatórios petrolíferos. O sistema EXPLOT identifica alternativas de explotação e determina a quantidade, posição, tipo (produtores ou injetores) e estrutura (horizontal ou vertical) de poços que maximizam o valor presente líquido da alternativa (VPL). O sistema EXPLOT é composto de três módulos principais: o otimizador (algoritmos genético, cultural e co-evolução), o de Obtenção de Curvas de Produção (aproximador neurofuzzy-NFHB da curva de produção) e o de cálculo do valor presente líquido. Para estimar o VPL de cada alternativa de desenvolvimento, o sistema emprega um simulador de reservatório, no caso IMEX, embora outros simuladores possam ser usados. Além dessas tecnologias, o sistema ainda emprega o processamento distribuído baseado na arquitetura CORBA para a execução distribuída do simulador de reservatório em uma rede de computadores, o que reduz significativamente o tempo total de otimização. O sistema EXPLOT já foi testado em diferentes exemplos de campos petrolíferos. Os resultados obtidos até o momento são considerados consistentes na visão de especialistas que o vêem como um novo conceito de ferramenta de apoio à decisão na área. O diferencial do EXPLOT está não só no seu eficiente modelo de otimização, mas também na sua interface por meio do qual os especialistas interagem com o sistema introduzindo sugestões de projeto (e.g., poços em five-spot etc), comandando busca local de melhores soluções, dimensionando a  malha de simulação e controlando a distribuição da simulação por meio das redes disponíveis. O sistema EXPLOT é fruto de pesquisa conjunta entre o Cenpes e o Laboratório de Inteligência Computacional Aplicada da PUC-Rio, realizada nos últimos três anos. A continuação deste projeto de pesquisa estende o sistema para a otimização de poços angulares direcionais e de poços não convencionais e o controle e a otimização de poços inteligentes com sensores.


Autores: Yván Jesús Túpac Valdivia, Luciana Faletti Almeida, Marco Aurélio Cavalcanti Pacheco, Marley Maria Bernardes Rebuzzi Vellasco

Palavras-chave

otimização, análise de projetos, sistemas de apoio à decisão

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Recuperação secundária de óleo pesado e completação de reservatórios de campos maduros utilizando o subproduto (glicerina bruta) da produção do biodiesel

Este trabalho atende a um dos desafios tecnológicos propostos pela Petrobras na área de Tecnologia de Recuperação de Petróleo. Além disto, aceita o desafio de viabilizar comercialmente as energias renováveis ao propor novas aplicações para o aproveitamento da glicerina bruta, subproduto da produção de biodiesel. A produção de biodiesel atende a um dos interesses prioritários do Governo Federal, no uso de fontes de energias renováveis. A produção desse combustível gera como subproduto a glicerina. A recuperação secundária de petróleo aqui proposta a partir da injeção de glicerina bruta, gera benefícios econômicos e sociais, desenvolvimento tecnológico e redução do impacto ambiental. O sistema experimental permite a injeção de petróleo em um microrreservatório e injeção de fluidos de recuperação. Aqui se relata a injeção de linear alquil sulfonato de sódio (LAS) e polióxido de etileno (PEO), glicerina comercial e glicerina bruta. A injeção de LAS arrasta, preferencialmente, parafinas com cadeias lineares, enquanto o PEO remove as ramificadas. A glicerina comercial remove ambos os tipos de parafinas, porém em quantidades menores comparadas ao LAS e ao PEO. Fotografias obtidas durante a injeção da glicerina bruta mostram a remoção de depósitos parafínicos. O fator de recuperação foi de 80%, comparados aos 40% do LAS e PEO, e 35% da glicerina comercial.


Autores: Sarah Maria Santana Borges, Ângelo Marcos Vieira Lima, Ana Paula Santana Musse, Poliana Mousinho Magalhães de Almeida, Cristina da Mata Quintella

Palavras-chave

reservatório, recuperação avançada de petróleo, co-produtos do biodiesel, glicerina bruta, preservação ambiental

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Novos aditivos poliméricos multifuncionais para fluidos de base aquosa a serem utilizados na perfuração de poços de grande afastamento horizontal em águas ultraprofundas

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova classe de aditivos poliméricos para fluidos de base aquosa (WBM), que mostram simultaneamente uma série de propriedades que garantem uma boa performance, sendo ecologicamente corretos e de baixo custo. Os aditivos foram obtidos da modificação química de polímeros hidrofílicos por meio do acoplamento de diferentes segmentos hidrofóbicos. As análises reológicas de sistemas aquosos dos produtos apresentaram comportamento pseudoplástico, e foi proposto um modelo que explica os resultados obtidos. Foram formuladas séries de fluidos de perfuração utilizando os melhores sistemas obtidos. Os aditivos desenvolvidos desempenharam com sucesso as funções de modificadores reológicos, inibidores de reatividade de folhelhos, redutores de filtrado e lubrificantes, obtendo-se excelentes resultados em condições de baixa pressão e temperatura (LPLT).


Autores: Jorge de Almeida Rodrigues Junior, Elizabeth Roditi Lachter, Regina Sandra Veiga Nascimento

Palavras-chave

fluidos de perfuração, modificadores reológicos, surfactantes, lubrificantes

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Modelagem e simulação de uma bomba multifásica do tipo duplo parafuso

O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo termo-hidráulico para uma bomba multifásica do tipo duplo parafuso. Dadas as condições de operação da bomba, o modelo deve ser capaz de calcular diversos parâmetros, tais como: distribuição de pressão e temperatura ao longo dos parafusos, vazão de refluxo, potência consumida e transferência de calor para os parafusos e a carcaça, entre outros. Devido à complexidade do escoamento dentro da bomba, optou-se por um modelo termo-hidráulico baseado em balanços de energia e massa. Dividindo-se o movimento dos parafusos em pequenos passos, é possível calcular tais balanços para cada câmara da bomba desde a sua formação na sucção até sua abertura para a região de descarga. Cada fluxo material ou de energia necessários para que se possam realizar os balanços foram modelados separadamente. O cálculo da transferência de calor por meio da carcaça da bomba foi modelado utilizando-se um novo sistema de coordenadas, desenvolvido para levar em conta a geometria da carcaça. O cálculo da transferência de calor por meio dos parafusos foi feito utilizando-se coordenadas helicoidais. Para o cálculo das vazões de refluxo foram desenvolvidas correlações que permitem levar em conta o efeito da rotação do eixo sobre o refluxo, o qual, até o momento, havia sido desconsiderado em todos os outros modelos. Também se deduziu correlações para calcular a potência convertida em energia interna do fluido por atrito e que, somada à potência de bombeamento teórica, fornece a potência consumida pela bomba. Os resultados fornecidos pelas correlações desenvolvidas foram comparados aos dados experimentais encontrados na literatura. Uma boa concordância foi encontrada entre eles. No caso das correlações para cálculo do refluxo, os resultados são significativamente melhores que os valores obtidos, sem levar em conta a rotação do eixo. A comparação dos dados calculados pelo modelo com os dados experimentais mostrou que se consegue reproduzir muito bem o comportamento da bomba, com resultados muito melhores que os obtidos por modelos previamente propostos. Para os escoamentos de líquido, a modelagem mostrou que a forma como se calcula o número de câmaras úteis da bomba está errada, propondo uma nova fórmula. No caso dos escoamentos de líquido-gás, os maiores erros aparecem quando a fração de gás é muito elevada e o parafuso é muito curto. Nesses casos, a obtenção de uma função mais completa para relacionar a FVG (fração volumétrica de gás) das fendas com a das câmaras é necessária. Para tanto, é preciso um levantamento maior de dados experimentais que abranja várias condições de operação e de geometria da bomba. Além da validação, as diversas simulações e dados apresentados permitiram uma significativa modificação na compreensão do real funcionamento da bomba e dos parâmetros que influenciam o seu comportamento e desempenho. Assim, o modelo na forma atual, embora ainda necessite de outros desenvolvimentos, pode ser utilizado no desenvolvimento da bomba e na simulação da sua eficiência em diferentes cenários de operação.


Autores: Celso Yukio Nakashima, Silvio de Oliveira Jr., Elisio Caetano Filho

Palavras-chave

bomba multifásica, bomba de duplo parafuso, modelo termo-hidráulico, processamento primário de petróleo

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Estratégia GRASP para escalonar atividades de desenvolvimento de poços de petróleo

Antes que locais promissores de bacias petrolíferas sejam efetivamente desenvolvidos em poços de petróleo produtivos, é necessário realizar diversas atividades de perfuração, completação e interligação nesses locais. O escalonamento dessas atividades deve satisfazer várias restrições conflitantes e buscar a maximização da produção de petróleo em um dado horizonte de tempo. Este artigo descreve um Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) para o escalonamento das atividades de desenvolvimento de poços de petróleo offshore. Os resultados são comparados com uma ferramenta de Programação por Restrições (PR), desenvolvida pela Petrobras, em uso e bem aceita. Resultados comparativos realizados em instâncias reais indicam que a implementação GRASP supera a ferramenta de PR, produzindo soluções com expressivos aumentos de produção.


Autores: Romulo Albuquerque Pereira, Arnaldo Vieira Moura, Cid Carvalho de Souza

Palavras-chave

produção de petróleo offshore, desenvolvimento de poços de petróleo, GRASP, programação por restrições, escalonamento, otimização, combinatória, heurísticas

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Elevação artificial por bombeio de cavidades progressivas: 25 anos da primeira instalação no Brasil

O bombeio de cavidades progressivas (BCP) é um método de elevação artificial que consiste de uma bomba de deslocamento positivo, constituída de um rotor metálico helicoidal que gira no interior de um estator fabricado a partir de um elastômero especial. O movimento de rotação é, em geral, transferido de um motor localizado na cabeça do poço por meio de uma coluna de hastes, como mostrado na Figura 1. Os fluidos produzidos são movimentados por meio de cavidades que se formam entre o rotor e o estator. Inventadas por René Moineu, em 1920, as bombas de cavidades progressivas foram inicialmente utilizadas na indústria do petróleo na transferência de fluidos na superfície, a partir de 1940. Em 1950, o método foi utilizado no acionamento hidráulico de brocas na perfuração de poços e, somente nos anos 80, teve sua aplicação em elevação artificial de petróleo.


Autores: João Siqueira de Matos, Luis Sérgio Saboia Moura, Geraldo Spinelli Ribeiro

Palavras-chave

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