introdução à engenharia de petróleo e gás. roteiro petróleo noções de geologia do petróleo...

Introdução à EngenhariaIntrodução à Engenharia

de Petróleode Petróleo e e GásGás

RoteiroRoteiro• Petróleo

• Noções de Geologia do Petróleo

• Prospecção de Petróleo

• Perfuração de Poços de Petróleo

• Completação de Poços de Petróleo

• Avaliação de Formações

• Fundamentos de Engenharia de Reservatórios

• Elevação e Escoamento

• Processamento Primário de Fluidos

Engenharia de Petróleo

Engenharia de Reservatórios

SMSEngenharia de

Produção

Engenharia de Poço

Engenheiro de Petróleo

• O que faz ?

Projetos de construção de Poços Procura e análise de novos reservatórios Desenvolvimento de técnicas de recuperação de petróleo Desenvolvimento, monitoramento e otimização de métodos de

perfuração de poços e de produção de óleo e gás Projeto de equipamentos Desenvolvimento de modelos computacionais para simulação

de processos.

Engenheiro de Petróleo

• O que faz ?

O engenheiro de petróleo deve estar preparado para desenvolver e aprimorar tecnologias para melhorar a recuperação de petróleo e reduzir custos relacionados aos processos de perfuração, produção e transporte.

Engenheiro de Petróleo

• O que faz ?

O engenheiro de petróleo deverá desempenhar todas as 18 atividades estabelecidas para o exercício profissional da engenharia, "referentes a dimensionamento, avaliação e exploração de jazidas petrolíferas, transportes e

industrialização do petróleo; serviços afins e correlatos”.

No Brasil, a profissão do Engenheiro de Petróleo é reconhecida pelo CONFEA – Conselho Federal de Engenharia, Arquitetura e Agronomia – na sua Resolução nº 218, de 29 de junho de 1973.

Petróleo

Petróleo

• DEFINIÇÃO– O petróleo pode ser tratado como uma

mistura sólida, líquida ou gasosa, complexa, de ocorrência natural, formada predominantemente por hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos com quantidades significativas de nitrogênio, enxofre e oxigênio.

(Tissot & Welte, 1984)

Principais Compostos Encontrados no Petróleo

Hidrocarbonetos

Saturados

Hidrocarbonetos

Insaturados

Hidrocarbonetos

Aromáticos

Hidrocarbonetos

Heteroatômicos

NSO

Resinas &

Asfaltenos

Hidrocarbonetos Saturados

• Também denominados alcanos ou parafinas,

são aqueles cujos átomos de carbono são

unidos somente por ligações simples,

constituindo cadeias lineares, ramificadas e

cíclicas.

Exemplos

METANO ETANO PROPANOISOBUTANO

OU

METIL-PROPANO

NEOPENTANO

OU

2,2-METIL-PROPANO

CICLOPROPANOMETIL-CICLOPROPANO

Hidrocarbonetos Parafínicos Normais

• São os alcanos de cadeias lineares.

METANO ETANO PROPANO BUTANO

• Fórmula Geral : CnH2n+2

• Nas condições de 1 ATM a 25oC:– C1 – C4 : Gasoso;– C5 – C15 : Líquido;– C16 em diante: Sólido

• São os alcanos que apresentam ramificações em um ou mais átomos de carbono;

• Também são conhecidos por Isoparafinas, isoalcanos ou parafinas ramificadas;

• Destaque para os hidrocarbonetos isoprenóides.

Hidrocarbonetos Parafínicos Ramificados

Classe dos Isoprenóides

(C5) 2-metil-butano

(C10) 2,6- dimetil-octano

(C10) 2-metil-3-etil-heptano

(C15) 2,6,10-trimetil-dodecano

(C16) 2,6,10-trimetil-tridecano

(C17) 2,6,10- trimetil-tetradecano

(C19) Pristano2,6,10,14-tetrametil-pentadecano

(C20) Fitano2,6,10,14-tetrametil-hexadecano

(C18) 2,6,10-trimetil-pentadecano

Hidrocarbonetos Parafínicos Cíclicos

• São compostos de cadeias carbônicas cíclicas ou fechadas;

• Fórmula Geral : CnH2n

• São conhecidos por ciclo-parafinas ou hidrocarbonetos naftênicos.

Esteranos e os Triterpanos

• Família dos Esteranos

H

Colestano (C27)

H

Ergostano (C28)

H

Sistostano (C29) 24-n-propil-colestano (C30)

Fragmentograma de massas de um óleo californiano - USA

Hidrocarbonetos Insaturados

• No petróleo cru....– São instáveis e muito

reativos.

– São encontrados em pequena quantidade.

• Na matéria orgânica...– Presentes em estruturas

moleculares da matéria orgânica precursora do petróleo.

– São biologicamente metabolizados e dificilmente preservados na natureza.

– Precursores de compostos saturados e aromáticos do petróleo.

Hidrocarbonetos Aromáticos

• São compostos que apresentam ligações duplas e simples que se alternam em 6 átomos de carbono;

• Apresentam alta estabilidade devido ao fenômeno da ressonância;

• Apresentam odor acentuado....

Exemplos de Hidrocarbonetos Aromáticos

Benzeno C6H6

Tolueno(Metil-Benzeno) C7H8

Nafteno C10H8

Antraceno C14H10 Fenantreno

C14H10

Compostos Heteroatômicos

• Os compostos heteroatômicos de interesse

para a geoquímica do petróleo são aqueles

que contém um ou mais átomos de

nitrogênio, enxofre e oxigênio (NSO).

Grupamentos Sulfurados

• Tiol (mercaptana) – - SH

• Tioéter (sulfetos) – R – S – R’

• Ditioéter (dissulfetos) – R-S-S-R’

Compostos sulfurados encontrados no petróleo cru.

Tissot & Welte, 1984.

Grupamentos Nitrogenados- Amina -NH2

- Nitrila -CN

Compostos nitrogenados encontrados no petróleo cru.

Tissot & Welte, 1984.

Compostos Oxigenados

Compostos oxigenados encontrados no petróleo cru.

Tissot & Welte, 1984.

Resinas e Asfaltenos

• As resinas e os asfaltenos constituem uma fração pesada do petróleo, que engloba diferentes compostos:

S

N

o

N

O

2

Estrutura hipotética do asfalteno de um óleo californiano.

(CH2)7

(CH2)6 CH3

4

Estrutura hipotética da resina de um óleo americano.

Petróleo: Características Básicas eQuestões Mais Comuns

Composição Elementar do Petróleo

Elemento % em peso

Carbono

Hidrogênio

Enxofre

Nitrogênio

Oxigênio

Metais ( Fe, Ni, V etc.)

83 a 87

11 a 14

0,06 a 8

011 a 1,7

0,50

0,30

A composição elementar varia muito pouco porque o óleo cru é composto por séries homólogas de hidrocarbonetos.

Outras Definições

• Petróleo

Todo e qualquer hidrocarboneto líquido em seu estado natural, a exemplo do óleo cru e condensado.(ANP)

• PetróleoTodo e qualquer hidrocarboneto líquido em seu estado natural, a exemplo do óleo cru e condensado.(Petrobras)

• Óleo– Porção do petróleo existente na fase líquida nas

condições originais do reservatório e que permanece líquida nas condições de pressão e temperatura de superfície.

• Gás Natural– Todo hidrocarboneto ou mistura de

hidrocarbonetos que permaneça em estado gasoso nas condições atmosféricas normais, extraído diretamente a partir de reservatórios petrolíferos ou gaseíferos, incluindo gases úmidos, secos e residuais.

O “Ouro Negro” poucas vezes é negro.....

• Negro

• Marrom

• Castanho

• Marrom esverdeado

• Amarelado

• Quase Incolor

• Etc.

Outras CaracterísticasFísicas:

• Cheiro característico (de derivados).

• Elevada viscosidade.

• Iridescência sobre água.

Cuidado! Geralmente o Petróleo é Combustível.

O petróleo é mais leve que a água.

• Densidade em torno de 0,8.

• Medida em APIº

• American Petroleum Institute.

Densidade - APIo

5,131

5,141

API

Vantagens do Petróleo Leve

• Apresentam maior valor de mercado (deles se obtém uma maior quantidades de derivados leves numa simples “destilação”);

• Elevada abundância de n-parafinas;

• Possuem menor teor de enxofre;

• Possuem menos impurezas.

• São mais claros.

• Fácil refinamento.

Composição Química do Petróleo Típico

Parafinas Normais 14%

Parafinas Ramificadas 16%

Parafinas Cíclicas 30%

Aromáticos 30%

Resinas e Asfaltenos 10%

Classificação do Petróleo

Classe

Parafínica Óleos leves; d < 0.85; baixo teor de resinas e asfaltenos.Bacias do Nordeste

Parafínico-naftênico

Teor de resinas e asfaltenos entre 10 e 15%; maior densidade e viscosidade.Bacia de Campos

Naftênico Originado por alteração bioquímica; baixo teor de enxofre.América do Sul, Rússia e Mar do Norte

Classificação do Petróleo

Classe

Aromática Intermediária

Óleos pesados; d > 0.85; teor de resinas e asfaltenos entre 10 e 30%.Oriente Médio, Venezuela, Califórnia e África Ocidental.

Aromático-naftênica

Parafinas ausentes por biodegradação; teor de resinas e asfaltenos > 25%.África Ocidental

Aromático-asfáltica

Alto teor de resinas e asfaltenosCanadá e Venezuela.

Esquema de Uma Coluna de Dstilação

Hidráulica de uma Torre de Destilação

Esquema de Refino

Uso das Frações do PetróleoFração Temperatura de

Ebulição (ºC) Composição

aproximada

Usos

Gás Residual - C1-C2 Gás Combustível

Gás Liquefeito

de Petróleo - GLP

Até 40 C3-C4 Gás Combustível engarrafado, uso doméstico e industrial

Gasolina 40-175 C5-C10 Combustível de automóveis, solvente.

Querosene 175-235 C11-C12 Iluminação, combustível de aviõesa jato

Gasóleo leve 305-400 C13-C17 Diesel, fornos

Gasóleo pesado C18-C25 Combustível, matéria-prima para lubrificantes

Lubrificantes 400-510 C26-C38 Óleos lubrificantes Resíduo Acima de 510 C38

+ Asfalto, piche,

impermeabilizantes