Introdução à Engenharia de Petróleo

Prof. Responsáveis: José Romualdo Dantas Vidal e Tarcílio Viana Dutra (DEQ)

Introdução

                         A pesquisa e lavra do petróleo esta centrada exclusivamente nas bacias sedimentares, as únicas que, comprovadamente, são portadoras de hidrocarbonetos. Essa circunstância é em parte explicada pela teoria orgânica da origem do petróleo que é a que reúne o mais elevado grau de unanimidade.

                        A teoria da origem orgânica do petróleo pretende que durante o processo de formação das rochas sedimentares, junto com os sedimentos carreados pelos rios para o mar também foram transportados grandes volumes de plantas e animais microscópicos. A  esse material juntaram-se grandes massas de planktons e outros seres microscópicos de origem marinha, sendo todos depositados no leito dos mares e cobertos pela lama, areia e siltito.

                        A ação das elevadas temperaturas sobre essa massa orgânica confinada e submetida a altas pressões, determinou o seu “cozimento”, transformando-a com o passar de vários séculos em hidrocarbonetos. Quanto aos sedimentos depositados, a ação combinada do tempo e de fatores físico-químicos, transformaram-nos em rochas sedimentares (Folhelhos, arenitos, calcareos, dolomitos, etc..).

                        Com o passar do tempo, novas camadas de sedimentos se sobrepuseram às já existentes, aumentando progressivamente a pressão de sobrecarga (Overburden pressure) de uma camada sobre a outra, forçando o petróleo formado a migrar da rocha matriz através dos espaços porosos interconectados dos arenitos e carbonatos, na direção dos pontos de menor pressão das estruturas. A mobilidade dos hidrocarbonetos no interior das rochas está na dependência desses espaços porosos interligados que representam a permeabilidade da rocha.

                        O processo migratório do petróleo só é interrompido com o aparecimento de “armadilhas” estruturais ou estratigráficas que retém o petróleo, permitindo a sua acumulação na rocha reservatório.

                        Em síntese, o objetivo de uma campanha exploratória em determinada bacia sedimentar consiste em localizar, mapear e avaliar as estruturas propícias à geração, deslocamento e acumulação de hidrocarbonetos e termina com a locação de um poço pioneiro cuja perfuração servirá para comprovar ou não a ocorrência de petróleo na bacia, permitindo, em caso positivo, a sua avaliação para a produção em escala comercial.

                        A perfuração de poços de petróleo, a sua completação e colocação em produção são operações complicadas e o seu sucesso passa necessariamente pela aplicação criteriosa dos fundamentos da engenharia no seu sentido mais amplo e multidisciplinar. O  simples conhecimento da operação não é suficiente; é preciso ter o domínio da tecnologia nos seus mais diversos segmentos. Nesse sentido, o conteúdo da disciplina de engenharia de petróleo varia de acordo com o nível do curso pretendido. Como, no caso presente, a intenção é ministrar aos alunos da graduação e pós-graduação apenas os conhecimentos básicos da disciplina, procurando despertar em cada aluno o interesse pela atividade, o objetivo da disciplina será portanto conceituar as diversas etapas de todo o processo de pesquisa, perfuração e lavra em um campo de petróleo, exemplificando-as em aulas expositivas através de imagens, gráficos, exercícios numéricos e, sempre que possível, em visitas “in loco” às áreas operacionais.

1.         Noções Básicas de Geologia Aplicada e Métodos de Pesquisa Aplicados ao Petróleo.

1.1.Tipos de Rocha;

          1.1.1. As Rochas Sedimentares;

1.2. Movimentos Tectônicos;

          1.2.1. Falhas

          1.2.2. Dobras;

1.3. Discordâncias;

1.4. As Armadilhas para o Petróleo;

1.5.Os Métodos de Pesquisa;

          1.5.1. Indicações Diretas;

          1.5.2. Geológicos;

          1.5.3. Geofísicos ou Indiretos;

          1.5.4. Geoquímicos.

2.         A perfuração de poços a cabo e perfuração rotativa.

 2.1.        A perfuração a cabo; dados históricos; seus fundamentos;

2.1.1.Principais componentes de uma sonda de perfuração a cabo;

2.1.2. Aplicações da perfuração a cabo; vantagens comparativas  com a perfuração rotativa; desvantagens;

2.2.             A perfuração rotativa: fundamentos; principais componentes de uma sonda; os sistemas de movimentação de cargas, rotativo e circulatório: estudo e dimensionamento dos seus componentes;

3.         Fluidos de Perfuração.

3.1.        Definição; funções e composição dos fluidos de perfuração;

3.2.             Principais tipos de fluidos de perfuração: as lamas de águas doces e salgadas; lamas emulsionadas e lamas de emulsão inversa; lamas de base óleo: composição, vantagens e desvantagens; o ar ou gás: suas vantagens e inconvenientes quando usados como fluido de perfuração;

3.3.        Propriedades dos fluidos de perfuração e os métodos para sua medição;

4.         Revestimento e cimentação de poços.

4.1.        Os revestimentos; conceituação;

4.1.1. Tipos de revestimentos e a sua classificação quanto ao grau do aço, comprimentos dos tubos e respectivos conectores(Luvas);

4.1.2. Critérios para a seleção dos revestimentos e o seu dimensionamento à tração, colapso e pressão interna; efeito da tração na resistência ao colapso; a elipse de tensão biaxial; dimensionamento das colunas combinadas;

4.2.        A cimentação de poços; conceituação.

4.2.1.Classificação da cimentação; sua função;

4.2.2.Classificação API dos cimentos; formas de acondicionamento; aditivos: seus efeitos no cimento; cálculo das cimentações;

4.2.3.Equipamentos e acessórios dos revestimentos para fins de cimentação;

5.         Técnicas de perfuração rotativa.

5.1.        Geometria dos poços;

5.2.             Poços verticais; causas dos desvios; estudos de Lubinski e woods; formas de controle dos desvios; “Dog legs” e chavetas (Key seat);

5.3.             Poços direcionais e sua aplicação; ferramentas básicas na perfuração direcional;

5.4.        Poços de longo alcance (ERW); conceituação e finalidades;

5.5.        Poços multilaterais; conceituação e finalidades;

6.         Operações especiais.

6.1.        Pescaria (Fishing).

6.2.        Desvio de Poços

6.3.        Teste de Formação (DST)

7.         Perfuração de poços marítimos.

7.1.             As unidades de perfuração marítimas e os equipamentos de perfuração; particularidades operacionais;

7.2.             Principais tipos de unidades de perfuração marítima; sua evolução; os sistemas de ancoragem; o posicionamento dinâmico;

7.3.             Os equipamentos de perfuração de superfície e os sistemas de compensação dos movimentos nas unidades flutuantes; a coluna de perfuração e os equipamentos de compensação de movimentos verticais nas unidades flutuantes.

7.4.             O controle do poço e o “sistema de comunicação” com o mesmo; o riser e o seu sistema de tensionamento para as unidades flutuantes;

7.5.             A montagem da “cabeça” do poço, as bases guias e as colunas de revestimentos nas unidades flutuantes de perfuração; particularidades.

8.         Planejamento do poço e economia da perfuração

8.1.             Considerações; dependências da economia da perfuração de um planejamento adequado das operações; as vantagens da perfuração de poços no estado da arte e ao menor custo possível;

8.2.             Requisitos básicos para o planejamento do poço; a importância do conhecimento prévio dos objetivos geológicos do poço e coleta de dados sobre os poços perfurados na área;

8.3.             As vantagens da otimização do programa de perfuração com o uso de computadores; a importância de uma boa supervisão na execução do programa.

9.         Completação de poços

9.1.        Conceituação; métodos de completação;

9.2.             Completação a poço aberto; completação convencional; completação do tipo com exclusão de areia; completação permanente; uma avaliação das características de cada método;

9.3.             As operações de canhoneio na completação de poços; canhoneio com projéteis  de aço e canhoneio a jato;

9.4.             A estimulação de poços produtores; o fraturamento hidráulico; operação de acidificação; a detonação de cargas explosivas nas zonas produtoras;

10.      Engenharia de Reservatórios

10.1.     Fundamentos de reservatórios.

10.2.      Propriedades de rochas e Fluidos.

10.2.1. Propriedades de rochas.

10.2.2. Propriedades da Águas

10.2.3. Propriedades de Óleo

10.2.4. . Propriedades de Gás

10.3.     Balanço de materiais.

10.3.1. Reservatórios de Gás

10.3.2. Reservatórios de Óleo

10.4.     Declínio de Produção.

10.4.1. Declínio Exponencial

10.4.2. Declínio Harmônico

10.4.3. Declínio Hiperbólico

10.5.     Testes de Formação.

10.5.1. Introdução

10.5.2. Teste de produção

            10.5.2.1. Testes Periódicos de Produção

            10.5.2.2. Testes de Produtividade

            10.5.2.3. Teste Transiente de Pressão

10.5.3. Testes de Formação (DST)

            10.5.3.1. Análise de Crescimento de Pressão

            10.5.3.2. Interpretação Variável de Cartas de Pressão

11.      Mecanismos de produção naturais do petróleo

11.1.     Mecanismos de produção nos reservatórios:

11.1.1. Mecanismo do gás dissolvido no petróleo (dissolved gas drive);

11.1.2. Mecanismo da capa de gás (gas cap drive);

11.1.3. Mecanismo do influxo d’água (water drive);

11.1.4. Mecanismo combinado;

11.1.5. Mecanismo de segregação gravitacional;

12.      A produção de petróleo no mar

12.1.     O sistema de produção offshore;

12.2.     O sistema de produção em águas profundas;

13.      Referências Bibliográficas

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