Bombas para a Indústria Petrolífera

Bombas para a Indústria Petrolífera

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS – UFSCar DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA – DEQ DISCIPLINA: OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA 1

Bombas e Sistemas de

Bombeamento nas Indústrias de Petróleo

Docente: Profª. Drª. Vádila Giovana Guerra Aluno: Vítor Dias Sabaraense (RA 278564)

São Carlos Junho de 2011.

INTRODUÇÃO 3 Bombas Centrífugas 3 Bombas para o Escoamento de Fluidos Viscosos 4

USOS DE BOMBAS NAS INDÚSTRIAS PETROLÍFERAS 5 Perfuração de Poços 5

Produção dos Poços 8

Bombas de Haste de Sucção 8 Sistema com Bomba Alternativa Submersa 9 Sistema com Bomba Centrífuga Submersa 10 Bombeamento por Injeção de Água 10 Bombeamento por Injeção de Gás 11 Bombeamento Pneumático (gas lift) 11

Transporte de Petróleo e de Derivados de Petróleo 12 Refinarias 15 Exploração de Petróleo na Camada Pré-Sal 17 Recuperação de Óleo Espalhado no Mar 19

CONCLUSÃO 20 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 21

Introdução

A indústria petrolífera, em suas várias áreas de processo, utiliza bombas de diversos tipos. Para efeito de seqüenciamento, as fases de processamento de petróleo serão tratadas pela seguinte divisão:

Processamento em refinarias (fracionamento e destilação)

Recuperação de óleo espalhado no mar.

Enorme é a gama de materiais utilizados na construção das bombas da indústria petrolífera: desde o aço carbono, para fluidos inertes, aços resistentes a altas pressões ou corrosão, materiais plásticos, etc. A API, em suas normas técnicas, especifica os materiais construtivos de acordo com o serviço e o material a ser bombeado.

Bombas Centrífugas

Grande parte das bombas utilizadas na indústria petrolífera é do tipo centrífuga. No entanto, esta afirmação não traduz que as bombas são iguais, variando-se apenas a capacidade de bombeamento.

Em verdade, são utilizadas diversas variedades de bombas centrífugas, caracterizadas pela disposição do eixo (vertical ou horizontal), pelo número de estágios (qualificando a quantidade de rotores e volutas em um, dois, três ou mais pares), características construtivas específicas (disposição “back to back”, carcaça bipartida horizontalmente, reservadas em tubos cilíndricos herméticos “can type”), tipo de acionamento (motor elétrico, vapor, turbina a gás, ar comprimido), transmissão e selagem (eixo mecânico com selagem mecânica ou por fluido, e transmissão magnética), entre outras características.

Bombas para o Escoamento de Fluidos Viscosos

Bombas centrífugas são rotineiramente utilizadas para o bombeamento de fluidos de viscosidade menor que 660 cSt, embora possam ser aplicadas a fluidos de até 3.300 cSt. No entanto, estas bombas são demasiado sensíveis a alterações de viscosidade e exibirão reduções significativas em capacidade e eficiência para fluidos de moderados a altos valores de viscosidade. Uma bomba centrífuga típica, que opera com eficiência de 59% e capacidade de 681 m³/h com um fluido de 440 cSt, pode chegar a operar com eficiência de 23% e capacidade de 477 m³/h se for utilizada com um fluido de 3.300 cSt.

Bombas de deslocamento positivo, tanto do tipo rotativo quanto do tipo alternativo, são frequentemente empregadas para o bombeamento de fluidos viscosos, e algumas delas são projetadas para operarem com fluidos além do limite de viscosidade suportado pelas bombas centrífugas. Estas bombas, em grande parte, são desenhadas para transportar apenas fluidos de viscosidades a partir de moderadas, pois elas dependem da viscosidade dos fluidos bombeados para manter a lubrificação e os filmes de selagem em bom funcionamento.

Assim como nas bombas centrífugas, o desempenho de bombas de deslocamento positivo pode ser significativamente alterado por diferentes viscosidades, embora não da mesma maneira. A velocidades constantes, alterações na viscosidade geralmente causam pouco ou nenhum efeito na capacidade da bomba. A pressão diferencial ao longo da bomba normalmente sofre aumento proporcional ao aumento da viscosidade do fluido devido à maior resistência ao escoamento. A potência necessária para frenagem da bomba aumentaria, embora a eficiência não sofra de forma brusca como numa bomba centrífuga.

Usos de Bombas nas Indústrias Petrolíferas

Perfuração de Poços

As perfurações de poços pioneiros, poços de delimitação ou extensão, e de poços de extração, também chamados de poços de produção ou desempenho, são etapas que sucedem a uma longa, árdua e custosa fase de prospecção que se inicia com estudos de Geologia e Geofísica visando a localizar estruturas geológicas favoráveis à formação e acumulação de petróleo. Recorre-se nessa fase a levantamentos aerofotogramétricos; a pesquisas geológicas; a métodos geofísico-gravimétricos, magnetométricos e sísmicos – com cujos dados se torna possível elaborar um mapeamento de regiões cujas estruturas geológicas oferecem indícios de uma possibilidade maior ou menor da existência de um lençol ou campo petrolífero. Nas áreas cobrindo a formação geológica demarcada estuda-se a localização dos poços. Procede-se então à perfuração. Somente após a perfuração dos mesmos é que se poderá de forma definitiva saber da ocorrência de petróleo numa certa área e concluir sobre as condições econômicas de sua exploração.

A perfuração de um poço se realiza utilizando sondas com brocas especiais de diamantes de carboneto de tungstênio, com dentes ou lâminas, acionadas por equipamentos montados em torres por vezes de altura considerável.

O processo mais empregado é o rotativo, embora se use também a turboperfuração. O primeiro utiliza uma mesa giratória, haste de sondagem e tubos de perfuração, manobrads pelo equipamento da torre, além de equipamentos auxiliares entre os quais as “bombas de lama”.

A haste e o tubo de perfuração, em cuja extremidade fica a broca, são ocos, e por essa passagem central é bombeada a “lama de perfuração”, que é uma dispersão quase coloidal de argila bentonítica. A densidade da lama varia entre 1.0 kg/m³ e 2.0 kg/m³

A lama injetada pela bomba no interior da haste sai pelos orifícios da broca, concorrendo para a desagregação das rochas, além de refrigerar e lubrificar a mesma.

A lama bombeada tem ainda outras finalidades:

Remove as partículas de rocha desagregadas, conduzindo-as pelo espaço anular entre o poço escavado pela broca e a haste até a superfície, onde é separada da lama por peneiramento e decantação, sendo a lama reaproveitada em sucessivos bombeamentos.

Forma um “enchimento” no poço antes de ser feito o revestimento metálico, evitando, com o peso de sua coluna, o colapso e obstrução do poço, que poderia ocorrer devido à elevada pressão a que as camadas rochosas profundas são submetidas.

Contém, até certo ponto, o petróleo, impedindo que esguiche, caso haja pressão interna no lençol, isto é, caso o poço se apresente “surgente”.

A complexidade da operação pode ser percebida se atentarmos para as grandes profundidades dos poços, atingindo, muitas vezes, a mais de 4.0 metros.

Verificada a viabilidade econômica do poço, procede-se ao revestimento do mesmo com tubos de aço que obedecem a especificações do API (American Petroleum Institute).

As bombas de lama geralmente são do tipo alternativo duplex ou tríplex, eixo horizontal ou vertical, acionadas por motores diesel através de correias ou diretamente pela haste do êmbolo de uma máquina a vapor.

As pressões são da ordem de 3.0 psi, e as descargas chegam a 100 litros por segundo.

Usam-se instalações destas bombas em série e em paralelo para abrangerem um amplo campo de utilização, sendo indispensável o emprego de câmaras de ar nas referidas bombas. Estas bombas são geralmente referidas em termos de potência hidráulica ao invés de capacidade.

Existem instalações onde são empregadas bombas centrífugas ao invés de bombas alternativas para o bombeamento da lama, o que, todavia, não é o usual.

Após a perfuração, o poço é revestido ou “encamisado” com tubos de aço, colocando-se, entre o tubo e as paredes do poço, camada de argamassa de cimento, numa operação denominada cimentação do poço. Para abrir orifícios no tubo de aço que permitam ao petróleo e ao gás fluir para seu interior, emprega-se o chamado “canhão”, com o qual se fazem perfurações que atravessam o tubo e a rocha matriz nos locais onde se detectou, por ocasião da sondagem, o óleo ou o gás.

No interior do encamisamento, coloca-se o tubo por onde será bombeado o petróleo e que se denomina “coluna de produção”. A Figura 1 mostra o esquema de circulação da lama de perfuração e a Figura 2 traz uma bomba alternativa típica para o bombeamento de lama.

Figura 1 ‐ Circulação da lama na perfuração de petróleo.

Figura 2 ‐ Bomba alternativa horizontal. Retirado de

FLOWSERVE. HS e YHT vários êmbolos, bombas alternativas horizontais. Disponível em: <http://w.flowserve.com/>. Acesso em: 17 jun. 2011.

Produção dos Poços

Para retirar o óleo dos poços, usam-se os seguintes sistemas:

Bombas com haste de sucção (sucker rods) acionadas por um sistema de balancim conhecido como “cavalo-de-pau”

Bombeamento pneumático (gas lift)

Alguns poços possuem pressão interna de gás que dispensa o emprego de equipamentos especiais. São os poços petrolíferos “surgentes” que existem em alguns lugares do mundo.

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