OTIMIZAO DA PRODUO EM CAMPO DE PETRLEO

PELO ESTUDO DO PROBLEMA DE LOCALIZAO DE POOS

E UNIDADES DE PRODUO

Roberta Gomes de Souza Santana

Projeto de Graduao apresentado ao Curso de

Engenharia de Petrleo da Escola Politcnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte

dos requisitos necessrios obteno do ttulo de

Engenheiro.

Orientador: Prof. D. Sc. Virglio Jos Martins Ferreira

Filho.

Coorientador: M. Sc. Vincius Ramos Rosa

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL JULHO, 2012.

ii

Gomes de Souza Santana, Roberta. Otimizao da Produo em

Campo de Petrleo pelo Estudo do Problema de Localizao de Poos

e Unidades de Produo / Roberta Gomes de Souza Santana. Rio de

Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2012.

xvi, 121 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Virglio Jos Martins Ferreira Filho

Coorientador: Vincius Ramos Rosa

Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso

de Engenharia do Petrleo, 2012.

Referncias Bibliogrficas: p. 110-111.

1. Localizao de Poos. 2. Anlises Estatsticas. 3.

Modelagem de reservatrios. I. Ferreira, Virglio. II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politcnica,

Curso de Engenharia do Petrleo. III. Titulo.

iii

Dedicatria Dedico este trabalho minha famlia, que sonhou com a minha formatura,

abdicou de seus desejos para viver a minha luta, e vencemos.

iv

Agradecimentos

minha me, que foi e sempre ser o alicerce de todo meu crescimento e de

tudo que hoje posso me orgulhar do que sou.

Ao meu pai, que, de maneira brilhante, tornou-se uma inspirao do que ser pai

e amigo.

minha irm, que, nos momentos mais difceis, fez ser clara a importncia do

companheirismo, compreenso e amizade.

Ao professor e orientador Virglio Jos Martins Ferreira Filho pelos

ensinamentos e por estar inteira disposio sempre que necessrio.

Ao coorientador Vincius Ramos Rosa, que esteve sempre disponvel e tornou

esse trabalho possvel.

Schlumberger, pelo suporte dado a este trabalho atravs da cesso da sute de

softwares de simulao de reservatrios.

Ao Minitab Inc., pela permisso de uso de seu software Minitab nesse projeto.

Ao CNPq, pelo apoio financeiro e suporte ao longo do desenvolvimento desse

trabalho.

UFRJ pela disponibilidade do laboratrio LORDE, que me forneceu o

ambiente e ferramentas necessrias para a confeco desse projeto.

Aos meus colegas de turma, pelos 5 (cinco) anos de trabalho e cooperao, pelas

amizades criadas e por tudo que me ensinaram, tanto pessoalmente quanto

profissionalmente.

Roberta Gomes de Souza Santana

v

Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro do Petrleo.

Otimizao da Produo em Campo de Petrleo pelo Estudo do Problema de

Localizao de Poos e Unidades de Produo

Roberta Gomes de Souza Santana

Julho/2012. Orientador: Virglio Jos Martins Ferreira Filho Curso: Engenharia de Petrleo

O presente projeto apresenta um processo de determinao da melhor localizao de

poos e unidades produtoras em um campo de petrleo a fim de melhor a performance

do reservatrio e otimizando o volume de leo recuperado, maximizando a

rentabilidade. O processo apresentado usa diversas anlises estatsticas sob os valores

resultantes de simulaes de reservatrios em softwares comerciais, sob determinadas

consideraes e parmetros. Anlise de sensibilidade e a metodologia de superfcies de

resposta so tambm aplicadas para a melhor compreenso de como cada poo

influencia na produo total e como a localizao da plataforma e/ou manifold pode ser

alterada para a otimizao da produo. O mtodo demonstrado sendo aplicado em um

campo de escala real, com dados sintticos e objetiva ser mais uma maneira de guiar a

tomada de decises sobre um projeto de desenvolvimento de um campo produtor.

Palavras-chave: localizao de poos, anlises estatsticas, Plackett-Burman, modelagem

e simulao de reservatrios.

viii

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Petroleum Engineer.

Production Optimization by Solving the Well and Unit Production Location Problem

Roberta Gomes de Souza Santana

July/2012.

Advisor: Virglio Jos Martins Ferreira Filho

Course: Petroleum Engineering

This Project provides a process for determining the Best location of well and

production units in an oil field in order to optimize the reservoir performance and the

volume of recovered oil, maximizing the profitability. The process uses various

statistical analyses presented in the reservoir simulation results, under considerations

and parameters. Sensibility analysis and response surface methodology is also applied

to a better understanding of how each well influence the total production and the

location of the platform and/or manifold can be changed to optimize the production. The

method is shown being applied on a field scale with synthetic data. It aims to be a new

way of guiding decision-making on a project to develop a field production.

Keywords: well location, statistics analysis, Plackett-Burman, modeling and reservoir

simulation.

2

Sumrio

1 Introduo: ........................................................................................................................... 1

1.1 Estruturao do trabalho: .............................................................................................. 3

2 Definio do problema: ........................................................................................................ 3

3 Geoengenharia do petrleo: .................................................................................................. 6

3.1 Migrao do petrleo:................................................................................................... 7

3.2 Rocha reservatrio ........................................................................................................ 7

3.3 Rocha Selante ............................................................................................................... 8

3.4 Principais propriedades do reservatrio ........................................................................ 8

3.4.1 Propriedades da Rocha ......................................................................................... 8

3.4.2 Mecanismos de produo ................................................................................... 10

3.4.3 Os mecanismos de produo de um reservatrio so: ......................................... 10

3.4.4 Propriedades dos Fluidos .................................................................................... 13

3.5 Modelagem de Reservatrios ..................................................................................... 19

3.5.1 Prospeco .......................................................................................................... 19

3.5.2 Incertezas geolgicas: ......................................................................................... 22

3.6 Heterogeneidade do reservatrio ................................................................................ 24

3.6.1 Upscaling ............................................................................................................ 24

3.6.2 Petrel .................................................................................................................. 25

3.7 Simulao de Reservatrios ........................................................................................ 25

3.7.1 Fluxo em meio poroso ........................................................................................ 25

3.7.2 Eclipse ................................................................................................................ 32

4 Sistemas martimos de produo ........................................................................................ 35

4.1 Tipos de poos ............................................................................................................ 36

4.1.1 Poo vertical: ...................................................................................................... 36

4.1.2 Poos horizontais: ............................................................................................... 36

4.1.3 Poos Tipo 1: ...................................................................................................... 36

4.1.4 Poos Tipo 2: ...................................................................................................... 36

4.1.5 Poos Tipo 3: ...................................................................................................... 36

4.1.6 Poos Tipo Designer (3D): ................................................................................. 36

3

4.2 Tipos de completao ................................................................................................. 38

4.2.1 Completao a poo aberto: ................................................................................ 38

4.2.2 Liner rasgado ou canhoneado: ............................................................................ 39

4.2.3 Revestimento canhoneado: ................................................................................. 40

4.2.4 Mtodos para controle da produo de areia:...................................................... 40

4.3 Arranjo de poos ........................................................................................................ 42

4.4 Manifolds ................................................................................................................... 44

4.5 Unidades Estacionrias de Produo (UEPs) .............................................................. 45

4.5.1 UEPs fixas .......................................................................................................... 45

4.5.2 UEPs flutuantes .................................................................................................. 47

4.6 Parmetros para a definio da UEP em um projeto de desenvolvimento. ................. 50

4.7 Linhas de produo e risers: escoamento e estocagem de leo ................................... 51

5 Elevao e escoamento ....................................................................................................... 57

5.1 Fluxo na coluna e linhas de produo: ........................................................................ 59

5.1.1 Fluxo bifsico ..................................................................................................... 59

5.1.2 Relaes do Escoamento Bifsico ...................................................................... 62

5.1.3 Perda de presso no fluxo bifsico: .................................................................... 65

5.2 Simulao de fluxo: Pipesim .................................................................................... 69

5.2.1 Correlao de fluxo multifsico vertical e horizontal: ........................................ 69

6 Localizao de facilidades .................................................................................................. 69

6.1 Ferramentas estatsticas .............................................................................................. 70

6.1.1 Anlise de experimentos de Plackett-Burman .................................................... 70

6.1.2 Superfcie de resposta ......................................................................................... 75

6.1.3 Minitab ............................................................................................................. 78

7 Metodologia de Soluo ..................................................................................................... 79

7.1 Partio do reservatrio: planejamento dos poos ...................................................... 80

7.2 Simulao dos cenrios criados .................................................................................. 80

7.3 Anlise de sensibilidade para definir o melhor cenrio .............................................. 80

7.4 Criao da equao de superfcie de resposta para cada poo e global ....................... 81

7.5 Anlise da viabilidade econmica do projeto ............................................................. 84

8 Estudo de caso: FIELD....................................................................................................... 84

4

8.1 Planejamento dos poos ............................................................................................. 93

8.2 Otimizao da localizao dos poos ......................................................................... 94

8.3 Representao do solo marinho usando isovazes ...................................................... 96

8.4 Simulao de Fluxo: Pipesim: .................................................................................. 96

8.5 Superfcie de Resposta para obteno da equao que representa perda de carga

multifsica entre o fundo do poo e a plataforma: .................................................................. 99

8.6 Clculo das vazes de leo ao longo do tempo correspondentes s possveis posies

da plataforma ....................................................................................................................... 102

8.7 Clculo do valor presente lquido ............................................................................. 103

9 Concluses e discusses ................................................................................................... 105

10 Sugestes de desenvolvimento futuros ......................................................................... 108

11 Referncias bibliogrficas ............................................................................................ 109

12 ANEXO I ............................................................................ Erro! Indicador no definido.

1

1

1 Introduo:

O petrleo e seus derivados so partes importantes e determinantes para a matriz

energtica mundial e para a produo de bens em diversas escalas, influenciando o

desenvolvimento econmico dos pases, seja pela produo, comercializao ou

utilizao em diversos nveis da cadeia produtiva mundial. Nessa perspectiva,

relevante o estudo e desenvolvimento de mtodos que permitam a otimizao da

produo de campos petrolferos, seja durante o planejamento ou durante a operao,

favorecendo a lucratividade e o aumento de volume da matria-prima disponvel.

Utilizando informaes tcnicas das fases iniciais da explorao de um campo

de petrleo necessria a definio da estratgia de desenvolvimento do campo

considerado, a fim de adequar a tecnologia disponvel para tal rentabilidade esperada

da produo, gerenciando o volume de petrleo possvel de ser extrado. Uma das

etapas desta definio a localizao de facilidades consideradas no projeto para

maximizar sua rentabilidade. No entanto, em um campo a ser estudado, existem

infinitas possibilidades de estruturao da estratgia, o que traz a necessidade de

estabelecimento de consideraes prvias que reduzam o universo de opes para guiar

o processo de definio do plano de desenvolvimento, de forma a permitir que,

rapidamente, possam conhecer as possibilidades que mais se aproximam da soluo

tima final. Como variveis de projeto podem ser citadas a localizao e tipo de poos

produtores. Um aproveitamento eficiente de um campo produtor depende das decises

de longo prazo tomadas nos primeiros estgios do desenvolvimento.

Como o ponto focal para a determinao do plano final de desenvolvimento de

um campo o valor presente lquido do projeto, baseado no volume estimado de leo a

ser produzido, necessrio fazer tais previses. A ferramenta mais utilizada para

realizar esta estimativa de produo de leo, gs e gua a simulao de fluxo em meio

poroso em reservatrios. Nela, o reservatrio representado por um modelo de

simulao, desenvolvido a partir das seguintes informaes: a profundidade da

formao e suas caractersticas geomtricas, a temperatura e presso o qual est

submetido, as propriedades de rocha e fluidos (leo, gs e gua), a presena ou no de

um aqufero e de fraturas, a disposio dos poos de produo e injeo e as condies

de operao de cada poo. Essa a melhor forma de estimar a produo por cada opo

de estratgia considerada.

2

Faz-se ento necessrio o estudo do fluxo dos fluidos produzidos do reservatrio

a unidade de produo. Nesse momento, o escoamento multifsico necessita ser

considerado para que haja a garantia da chegada da produo at seu destino final.

Durante o escoamento, ocorre a perda de energia do fluido devido frico das

partculas fluidas entre si e entre partculas fluidas com a parede interna do tubo, em

funo da extenso da tubulao, de sua rugosidade, de seu dimetro e da velocidade do

escoamento. Ainda existem as perdas que se devem a qualquer acessrio que altere a

velocidade do escoamento do fluido tais como o aumento ou reduo de turbulncia, a

mudana de direo e a variao de dimetro. Assim, uma possvel reduo no

comprimento de tubulao a que esse fluido estaria submetido reduziria a perda de

energia. Nesse ponto de vista, a localizao da plataforma de produo e possveis

manifolds relevante dentro do escopo de otimizao do plano de desenvolvimento a

ser estabelecido.

Ainda, a reduo das distncias a serem percorridas pelos dutos que conectam os

poos s plataformas e a necessidade de equipamentos adicionais vai ao encontro do

objetivo de maximizao do valor presente lquido do projeto por meio de reduo dos

custos de operao e de instalao de equipamentos (dutos, manifolds e etc.). Segundo

FRANCO[8], a maior frao dos custos de projeto est relacionada s linhas de

produo de tubulaes necessrias, o que torna a reduo da utilizao destas

importante para o aumento da rentabilidade.

Nesse projeto descreve-se uma metodologia para a otimizao do valor presente

lquido de um projeto de desenvolvimento de um campo produtor, considerando a

localizao de poos produtores, manifold e plataforma de produo, a fim de trazer

viabilidade econmica ao campo, guiando a tomada de deciso da equipe de

planejamento com ferramentas simples, agilizando a determinao da estratgia final. O

reservatrio estudado tratado com softwares comerciais de modelagem e simulao. O

fluxo de fluidos pelo solo marinho recebe uma descrio especfica que auxilia o

entendimento de como ser localizada a plataforma de produo. O fluxo dos fluidos

atravs dos dutos de escoamento analisado tambm com a ajuda de software comercial

e so aplicadas diversas ferramentas estatsticas (Planejamento de Experimentos e

Superfcie de Resposta,) sobre os valores obtidos das simulaes de reservatrio e das

anlises de fluxo para que esses dados sejam interpretados de forma simples e possam

nortear a tomada de decises de definio do layout submarino do projeto.

3

1.1 Estruturao do trabalho: O presente estudo encontra-se estruturado em 10 captulos, incluindo esta

introduo a qual descreve a origem, os objetivos, uma breve reviso bibliogrfica e a

motivao deste estudo. No segundo captulo apresentado o contexto fsico do

problema estudado: os sistemas martimos de produo. A teoria relativa elevao e

escoamento utilizada neste trabalho descrita resumidamente no terceiro captulo. O

quarto captulo trata das ferramentas estatsticas e computacionais necessrias para o

projeto. Enquanto o quinto captulo descreve a metodologia usada para trabalhar o

problema, o sexto captulo descreve o estudo caso e seus detalhes, modelagem aplicada

e resultados obtidos. A anlise dos resultados do problema exemplo, concluses e

recomendaes para trabalhos futuros so descritos no stimo captulo. O oitavo

captulo rene a bibliografia utilizada neste estudo.

2 Definio do problema:

Uma explorao eficiente de campos de petrleo depende de importantes decises a

longo prazo tomadas no incio do desenvolvimento desse campo. A fim de reduzir

custos e incertezas, alm de maximizar os lucros, diversos mtodos tm sido propostos

para a otimizao da produo com o auxlio da localizao das estruturas necessrias

para permitir o fluxo de fluidos do reservatrio at a unidade de produo. Os

problemas de localizao de facilidades tratados em diversos artigos so modelados por

programao linear, mtodos de simulao, mtodos heursticos e programao

dinmica. Nesse aspecto, o trabalho aqui proposto busca o uso de ferramentas

computacionais que tratam ferramentas estatsticas e usam baixo volume de

processamento computacional, aps resultados de simulao de reservatrios.

DOGRU [6]entende a necessidade de reduzir o custo da perfurao em um projeto

de explorao e trabalha com a otimizao da posio da plataforma para atingir seu

objetivo. Ainda, foca na reduo de tempo computacional e considera as caractersticas

do reservatrio em suas anlises. Aplica a Teoria Grfica, uma programao no linear,

para localizar os poos e cria as possibilidades de layout submarino possveis para o

plano de desenvolvimento, dimensionando plataformas e planejando a rede de dutos de

4

escoamento. Muitos autores, como GRIMMETT[9], focam seus estudos no

desenvolvimento de algoritmos que interajam com as decises de projeto, como

trajetrias de poo e mtodos de completao, para a minimizao de custos por

anlises matemticas, localizando as facilidades no solo marinho.

DAMSLETH et. al.[5] apresenta uma aplicao conjunta da anlise de

experimentos com a metodologia de superfcies de resposta, que sero explicadas no

captulo 5, para propor uma alternativa de desenvolvimento de um campo de petrleo no

Mar do Norte. Seu objetivo foi mostrar a obteno de um cenrio equivalente ao j

aplicado ao campo com poucas simulaes, ou seja, com baixo uso computacional,

mostrando que h aplicabilidade dessas teorias na indstria de petrleo, o que no

feito extensivamente. Essa a principal ideia da aplicao da anlise de experimentos

que tambm usada no presente trabalho. Os autores concluem o trabalho, mostrando

com os resultados obtidos a viabilidade de obteno de cenrios de produo

equivalente com 30 a 40% menos de uso de simulaes de reservatrios.

VANEGAS et. al. [22] usa as mesmas duas metodologias que DAMSLETH et.

al.[5], com foco em analise de incertezas da produo de um campo a partir dos valores

possveis de VPL para a viabilidade do campo. Este trabalho usa variveis diferentes do

presente estudo, mas ainda estuda a performance do reservatrio e da estrutura

produtora instalada. A anlise de experimentos possibilitou quantificar o impacto das

incertezas do reservatrio na produo final e a regresso para a construo das

superfcies de resposta facilitou a visualizao da soluo para o problema proposto.

BEGGS [2] em seu estudo de otimizao de produo por anlise nodal prope a

soma de equaes para a descrio de um nico padro de fluxo por uma superfcie.

Considera que cada n de um sistema de fluxo estabelece um padro de fluxo por uma

superfcie e esse padro pode ser descrito por uma equao. Essa equao ser funo

dos parmetros que governam esse fluxo. O estudo verifica que as equaes formadas

pelo comportamento individual de cada n podem ser somadas e descrever o

comportamento do sistema. A integrao das metodologias usadas nos trabalhos usados

como referncia para esse projeto permitiu a construo de uma sequncia de aplicaes

de ferramentas para a soluo do problema de localizao de poos e facilidades, sob

determinadas consideraes.

A relevncia do presente trabalho est na integrao de diversas etapas de

determinao de uma boa soluo para uma estratgia de desenvolvimento de campo de

petrleo. Os trabalhos usados como base trabalham separadamente a localizao de

5

poos, estudos de fluxo de fluidos e localizao de facilidades e aqui essas etapas sero

tratadas como partes de um nico projeto, necessrias para delinear uma opo rentvel

de desenvolvimento de campo petrolfero, formada a partir de uma metodologia

especfica. J YETEN et. al [24] estudam a aplicao conjunta da metodologia de

superfcie de respostas e planejamento de experimentos, que sero tratadas no captulo

5, para a otimizao da produo. Entende-se que elas podem ser usadas

complementarmente, concluindo, aps a aplicao sobre dados de campos sintticos e

reais, que essa combinao parece ser a mais adequada para entender quais so os

parmetros mais influentes no resultado final da produo. Os autores comparam a

eficincia da combinao sequencial do uso do planejamento de experimentos com a

metodologia de superfcie de resposta, variando os modelos da anlise de experimentos

usados e o grau da equao da superfcie (linear, quadrtica e outros formatos mais

complexos). O objetivo foi reduzir o tempo de anlise dos parmetros, atingir a

rentabilidade do projeto e determinar os parmetros mais influentes para a otimizao.

Como concluso relevante para o presente projeto, destaca-se o modelo de Plackett-

Burman como o mais adequado para estimar os parmetros mais influentes para os

casos estudados.

O problema exemplo FIELD desenvolvido tendo como base um cenrio com um

campo de petrleo sinttico. O objetivo localizar uma plataforma de produo

flutuante interligada a poos satlites. So consideradas caractersticas do sistema

martimo de produo, reservatrio, geometria de poos e propriedade de fluidos.

Para a resoluo do problema, so feitas as seguintes consideraes:

Escoamento bifsico (leo e gua);

Poos verticais;

Apenas poos produtores;

Geometria da linha de interligao entre manifold e unidade de produo

simplificada por uma trajetria perpendicular;

Anlise da produtividade do campo nos oito primeiros anos;

Solo marinho plano;

Lmina dgua de 1000m.

6

As consideraes aqui determinadas reduzem as variveis e interferncias

durante o uso das ferramentas estatsticas e de otimizao, focando o presente projeto na

aplicao e desenvolvimento da metodologia.

3 Geoengenharia do petrleo:

A busca por petrleo fora a imaginao de volta ao passado, a pensar 200 ou

300 milhes de anos atrs e encontrar o local onde o leo pode ter sido formado.

Gelogos otimizam essa busca assumindo suposies sobre o desenvolvimento da Terra

e dos reservatrios de leo e gs, que ocorrem a partir do acmulo de matria orgnica,

normalmente plncton e outros organismos microscpicos aquticos. O cenrio muitas

vezes um mar raso, mas pode ser um lago, rio, recife de coral ou tapete de algas. A

busca comea por sedimentos depositados em ambientes aquticos. Em seguida, a rea

deve ser uma bacia, uma depresso na crosta terrestre que pode ter quilmetros de

espessura. Para um ambiente criar petrleo, o material orgnico deve ser submetido a

quatro etapas importantes e consecutivas: soterramento, calor, presso e migrao.

A criao de petrleo exige no s a convergncia de sorte de todas estas

condies no lugar certo, mas tambm no momento certo. Para que o reservatrio seja

efetivo, e necessrio ter a rocha selante que evite sua contnua migrao. O gs no

reservatrio resultado da degradao das longas cadeias de carbono formadoras do

petrleo em funo da ao de elevadas temperaturas e presses presentes nas rochas

geradoras. A rocha geradora e a rocha reservatrio devem estar prximas uma da outra

de modo a serem conectadas por falhas que permitem a migrao do petrleo. Apesar da

necessria proximidade, as idades geolgicas destas rochas podem estar separadas por

milhes de anos.

Apesar de os quatro quesitos para a criao de um reservatrio de leo ou de

gs so constantes, h uma variedade quase interminvel de reservatrios. Alguns so

camadas planas de rocha, outros so curvos, como uma tigela invertida, fraturados ou

inclinados. O trabalho do gelogo reconstruir o passado da Terra para entender onde o

petrleo e gs foram formados e onde ainda podem ser encontrados hoje.

7

3.1 Migrao do petrleo: Para ter uma acumulao de petrleo necessrio que, aps o processo de

gerao, ocorra a migrao e que esta tenha seu caminho interrompido pela existncia

de algum tipo de armadilha geolgica.

Do estudo dos fatores controladores da ocorrncia do petrleo, a migrao o

mais questionado, o menos conclusivo, e o que mais suscita polmica entre os gelogos

de petrleo. Acredita-se que o petrleo gerado em uma rocha dita fonte, ou geradora, e

se desloca para outra, onde se acumula, dita reservatrio. A explicao clssica para o

processo atribui papel relevante fase de expulso da gua das rochas geradoras, que

levaria consigo o petrleo durante o processo de compactao. Outra explicao estaria

no microfraturamento das rochas geradoras. Isto facilitaria o entendimento do fluxo

atravs de um meio de baixssima permeabilidade, assim como a constituio das rochas

geradoras so as rochas argilosas (folhelhos).

A expulso do petrleo da rocha onde foi gerado chama-se de migrao

primria. Ao seu percurso ao longo de uma rocha porosa e permevel at ser

interceptado e contido por uma armadilha geolgica d-se o nome de migrao

secundria. A no conteno do petrleo em sua migrao permite a migrao at que

ocorram exsudaes, oxidao e degradao bacteriana do leo na superfcie.

3.2 Rocha reservatrio O petrleo, aps ser gerado e ter migrado, eventualmente acumulado em uma

rocha que chamada de reservatrio: rocha sedimentar, normalmente arentica,

calcarentica ou carbontica, contendo hidrocarbonetos. Para se constituir em um

reservatrio deve apresentar espaos vazios no seu interior (porosidade) e que estes

vazios estejam interconectados, conferindo-lhe permeabilidade. Algumas rochas, como

folhelhos e alguns carbonatos, normalmente porosos, porm impermeveis, podem ser

reservatrios quando se apresentam naturalmente fraturados.

Uma rocha-reservatrio, de uma maneira geral, composta por gros unidos

por um material chamado de cimento. Tambm existe entre os gros outro material

muito fino: a matriz. O volume do reservatrio a soma do volume dos gros, matriz e

comento, e dos espaos vazios entre o material slido.

8

Figura 3.1 - Desenho de uma seo transversal de uma amostra de rocha (ROSA et. al.[16])

3.3 Rocha Selante Existe a necessidade de uma barreira que pare a contnua migrao de petrleo

para superfcie em funo de sua menor densidade. Essa barreira chama de rocha

selante e tem como principal caracterstica a baixa permeabilidade. Alm disso, a rocha

deve ser dotada de plasticidade, o que permite manter sua capacidade selante mesmo

sob esforos deformantes. Folhelhos e evaporitos so selantes por excelncia. A

extenso e espessura determinam a eficincia selante.

3.4 Principais propriedades do reservatrio

3.4.1 Propriedades da Rocha

3.4.1.1 Porosidade

A porosidade uma das mais importantes propriedades das rochas, j que

mede a capacidade de armazenamento de fluidos pela rocha. Ela pode ser definida como

a relao entre o volume de vazios e o volume total da rocha:

=

Equao 3.1

onde o volume poroso ou de vazios, o volume total da rocha.

A porosidade depende as forma, da arrumao e da variao de tamanho dos

gros da rocha reservatrio, alm do grau de cimentao da rocha. A porosidade que se

desenvolveu quando da converso do material sedimentar em rocha denominada

9

primria. No entanto, a rocha pode ser submetida a esforos mecnicos, podendo

resultar em fraturas e ento ao aparecimento de mais espaos vazios: a porosidade

secundria. Em rochas calcrias, comum a ocorrncia da dissoluo de parte dos

slidos por ataque de gua, o que d origem tambm porosidade secundria.

Quanto mais porosa a rocha, mais fluido poder estar contido em seu interior.

A porosidade efetiva a relao entre os espaos vazios interconectados e o volume

total da mesma, sendo o valor que se deseja quantificar, porque representa o espao

ocupado por fluidos que podem ser deslocados no meio poroso.

A porosidade medida por perfis eltricos no poo ou por ensaios de

laboratrio.

3.4.1.2 Compressibilidade Efetiva

Quando fluidos so produzidos de uma rocha-reservatrio, o esgotamento dos

mesmos no espao poroso leva a uma variao de presso interna da rocha levando-a a

tenses resultantes diferentes. Essa variao de tenses provoca modificaes nos gros,

nos poros e algumas vezes no volume total da rocha.

A compressibilidade efetiva muito importante no estudo de reservatrios e

expressa a variao de volume de poros em funo da variao de presso ao qual a

rocha est submetida.

= 1 [ 2 ]1 Equao 3.2

onde p a presso.

3.4.1.3 Permeabilidade

Como citado anteriormente, alta porosidade no suficiente para garantir um

fluxo eficiente de fluido atravs da rocha reservatrio. A permeabilidade avalia a

capacidade de uma rocha permitir o fluxo de fluidos. Quando existe apenas um nico

fluido, chamamos de permeabilidade absoluta, definida pelo engenheiro francs

Henry DArcy (1803-1858) que descreveu o fluxo de um fluido em meio poroso linear:

= .. (1 2) []

Equao 3.3

10

onde a viscosidade do fluido, A a rea de fluxo, q a vazo, L o comprimento do

meio poroso (1 2) o diferencial de presso de entrada e sada do meio poroso. 3.4.2 Mecanismos de produo

Os mecanismos de produo de um reservatrio so:

Mecanismo de gs em soluo;

Mecanismo de capa de gs;

Mecanismo de influxo de gua;

Mecanismo combinado.

Para uma perfeita compreenso dos mecanismos de produo precisaremos saber alguns

termos usuais em reservatrio:

RGO (razo gs/leo) - quociente entre as vazes instantneas de gs e de leo,

medidas em condies-padro;

RAO (razo gua/leo) - quociente entre as vazes instantneas de gua e de

leo, medidas em condies-padro;

Corte de gua (cut) - frao ou porcentagem definida pelo quociente entre as

vazes instantneas de gua e de lquidos (leo + gua), medidas em condies-

padro.

Fator de recuperao - frao ou porcentagem do volume original de

hidrocarbonetos (medido em condies-padro) recuperada durante a vida

produtiva de um reservatrio.

3.4.2.1 Mecanismos de Gs em Soluo

A produo de fluidos provoca reduo na presso, que por sua vez, alm de

proporcionar a vaporizao de mais componentes leves, acarreta a expanso dos fluidos.

Como o gs muito mais expansvel que o lquido, basicamente devido sua

expanso que vai acontecer o deslocamento do lquido para fora do meio poroso. Ento,

o mecanismo exatamente esse: a produo o resultado da expanso do gs que

inicialmente estava dissolvido e que vai saindo de soluo. Quanto mais a presso cai,

mais o gs se expande e mais lquido deslocado. A figura 3.2 mostra o decaimento da

11

presso em dois patamares: at que a presso fique abaixo da presso de saturao e

aps esse ponto. Ainda, mostra o teor de gua na produo praticamente constante e a

razo gs-leo da produo com aumento rpido aps a presso atingir a presso de

saturao da mistura.

Figura 3.2 - ROSA et. al. [16]

3.4.2.2 Mecanismo Capa de Gs

A zona de lquido colocada em produo, enquanto a zona de gs

preservada, j que a principal fonte de energia para a produo est no gs da capa. O

mecanismo funciona da seguinte maneira: a zona de leo colocada em produo, o

que acarreta uma reduo na sua presso devida retirada de fluido. Essa queda de

presso se transmite para a capa de gs, que se expande penetrando gradativamente na

zona de leo. O gs da capa vai ocupando espaos que anteriormente eram ocupados

pelo leo. A figura 3.3 abaixo mostra a queda de presso gradativamente com o

aumento da razo gs-leo na produo. Os picos da RGO se do pela intruso de bolas

de gs na rea de canhoneado.

12

Figura 3.3 - ROSA et. al. [16][16]

3.4.2.3 Mecanismo de Influxo de gua

O mecanismo se manifesta da seguinte maneira: a reduo da presso do

reservatrio, causada pela produo de hidrocarbonetos, aps certo tempo transmitida

e se faz sentir no aqufero, que responde a essa queda de presso atravs da expanso da

gua nele contida e da reduo de seu volume poroso H, portanto uma invaso da zona

de leo pelo volume de gua excedente. Essa invaso, que recebe o nome de influxo de

gua, vai, alm de manter a presso elevada na zona de leo, deslocar este fluido para os

poos de produo. A figura 3.4 mostra a queda de presso e crescimento da razo

gua-leo com o tempo de produo. Esse crescimento mais rpido que o crescimento

da razo gs-leo no mecanismo anterior.

Figura 3.4 - ROSA et. al. [16]

13

3.4.2.4 Mecanismo Combinado

Trata-se da combinao dos trs meios anteriormente mencionados. Os fluidos do reservatrio so, simultaneamente, estimulados pelo influxo de gua e pela capa de gs existente. 04. Fluxo

Figura 3.5 - ROSA et. al. [16]

3.4.3 Propriedades dos Fluidos

As propriedades dos fluidos existentes nos reservatrios de petrleo constituem

importantes informaes para o estudo do comportamento desses reservatrios. De

preferncia, essas propriedades devem ser determinadas experimentalmente em anlises

de laboratrio, mesmo muitas vezes sendo estimadas pelo uso de bacos ou correlaes

empricas por motivos econmicos ou operacionais.

3.4.3.1 Saturao de Fluidos

Define-se saturao de um determinado fluido em um meio poroso, como

sendo a frao ou a porcentagem do volume de poros ocupado pelo fluido.

= Equao 3.4

onde f indica o fluido para o qual est sendo calculada a saturao. A saturao

expressa geralmente, em porcentagem.

So = saturao do leo

Sw = saturao da gua

14

Sg = saturao do gs

+ + = 1 Equao 3.5

Figura 3.6 - Fludos da Formao - leo, gua e gs (ROSA et. al.[16])

Mtodos de determinao da saturao dos fludos do reservatrio:

a) Mtodos Diretos

Ocorre atravs de amostragem.

b) Mtodos Indiretos

Ocorre atravs de perfis eltricos, presso capilar.

Os problemas na amostragem ocorrem na retirada do testemunho, trajeto entre

o poo e o laboratrio e com o filtrado da lama de perfurao. Torna-se complexo a

manuteno das condies de reservatrio sobre o fluido retirado e, assim, anlise de

suas caractersticas e comportamento ao longo da vida produtiva do campo.

3.4.3.2 Compressibilidade

A compressibilidade define-se como sendo uma variao infinitesimal do

volume por unidade de variao de presso. Em termos mais simples, a propriedade

que a matria apresenta quando sofre a ao de foras adequadamente distribudas,

tendo seu volume diminudo. Como na rocha reservatrio, importante conhecer a

variao de volume de cada fluido em funo da variao da presso. A determinao

similar ao da rocha e usa a mesma unidade.

A compressibilidade isotrmica de um lquido pode ser escrita como:

= 1

15

Equao 3.6

Onde a massa especfica do fluido.

J para gases, a compressibilidade isotrmica dada como:

= 1

Equao 3.7

Onde p a presso que o gs est submetido.

3.4.3.3 Fator Volume-Formao

Chama-se volume-formao () a razo entre o volume que a fase i ocupa em

condies de presso e temperatura quaisquer e o volume que ela ocupa em condies

de superfcie. O fator volume formao do leo () na equao 3.8 expressa o volume

da mistura numa condio de presso e temperatura qualquer necessrio para se obter

uma unidade do volume de leo nas condies de superfcie.

= + , () Equao 3.8

Consideraremos a gua com um fator volume-formao que no ir depender

das condies do reservatrio, sendo um fluido incompressvel, ou seja, Bw = 1.

3.4.3.4 Viscosidade

A viscosidade de um fluido afetada pelas variaes de temperatura e presso.

Indica a resistncia do fluido ao fluxo e medida em centipoise (cp).

3.4.3.5 Permeabilidade efetiva e relativa

Como uma rocha reservatrio sempre contm dois ou mais fluidos, a

permeabilidade absoluta no uma medida adequada para compor as variveis que

definem a facilidade com que cada fluido se move no meio poroso. A permeabilidade

efetiva ao fluido considerado uma medida mais adequada, pois dependem das

saturaes de cada um dos fluidos no meio poroso. A cada valor de saturao existe um

valor correspondente de permeabilidade efetiva quele fluido, como pode ser observado

na Figura 3.8.

16

Figura 3.7 - ROSA et. al. [16]

A permeabilidade relativa resultado da normalizao dos valores de

permeabilidade efetiva pela permeabilidade absoluta. Observe nas Figuras 3.8 e 3.9

como as permeabilidades absolutas e relativas se comportam em relao saturao de

gua.

Figura 3.8 - Permeabilidade efetiva (ROSA et. al.[16])

17

Figura 3.9 Permeabilidade relativa (ROSA et. al.[16])

3.4.3.6 Presso Capilar

Quando dois os mais fluidos imiscveis so colocados em um recipiente, os

mais densos ficam embaixo, formando uma superfcie horizontal de separao entre os

fluidos. Isto no ocorre em um meio poroso de capilares de diferentes dimetros, pois a

superfcie de separao no ser mais brusca, existindo uma zona de transio devido

ao de fenmenos capilares. Os fenmenos capilares so resultantes das atraes de

molculas de diferentes substncias na massa fluida. Uma molcula situada no interior

do lquido estar equilibrada por ser atrada igualmente em todas as direes pelas

molculas que a cercam. O mesmo no ocorre com uma molcula na superfcie, que no

ser atrada igualmente por estar cercada por molculas de tipos diferentes.

A fora que impede o rompimento da superfcie, por unidade de comprimento,

chama-se tenso superficial, entre fluidos gasosos e lquidos; ou interfacial entre

fluidos lquidos. J a fora que tende a puxar uma superfcie para o centro chama-se

fora capilar que, se dividida pela rea de contato, chama-se presso capilar, que so

fatores que influem a eficincia do escoamento do fluido de interesse pelo reservatrio.

18

3.4.3.7 Molhabilidade

A molhabilidade uma propriedade relativa, no podendo ser observada

individualmente como uma relao absoluta entre o fluido e a rocha. Essa propriedade

expressa a tendncia que um fluido tem em aderir-se s paredes do reservatrio em

detrimento a outro fluido presente no meio. Esta medida atravs da anlise do ngulo

de contato do fluido com a rocha como mostrado na Figura 3.11.A propriedade da

molhabilidade varia de acordo com os fluidos e os slidos envolvidos.

Figura 3.10 Alfa Connection, website

3.4.3.8 Razo de mobilidade

Costuma-se definir a razo de mobilidade M como o conceito que relaciona as

principais propriedades dos fluidos envolvidas no deslocamento. A razo de

mobilidades a relao entre a mobilidade da gua w (fluido deslocante), e a

mobilidade do leo o (fluido deslocado) tal como apresentado na Equao 3.9:

=

Equao 3.9

em que a mobilidade da gua e do leo esto indicadas pelas Equaes em

3.10:

= =

Equao 3.10

19

em que krw permeabilidade relativa da fase gua, kro a permeabilidade

relativa da fase leo, o a viscosidade do leo e w a viscosidade da gua.

3.5 Modelagem de Reservatrios

A primeira etapa de um programa exploratrio a realizao de um estudo

geolgico com o propsito de reconstituir as condies de formao e acumulao de

hidrocarbonetos em uma determinada regio. So elaborados mapas que descrevem a

regio para a melhor escolha do programa de explorao a ser aplicado, bem como

tentam dimensionar suas propriedades.

3.5.1 Prospeco

A prospeco visa fundamentalmente localizar em uma bacia sedimentar as

situaes geolgicas apresentem condies para a acumulao de petrleo e verificar

quais tem mais chances de conter petrleo em condies comercializveis. Os mtodos

de prospeco so separados em geolgicos, potenciais e ssmicos. Eles no so

absolutos e devem ser analisados em conjunto, complementam-se em informaes

relevantes.

3.5.1.1 Mtodos geolgicos

a) Geologia de superfcie: atravs do mapeamento das rochas que afloram

na superfcie.

b) Aerofotogrametria e fotogeologia: construo de mapas geolgicos a

partir de fotos tiradas de avies devidamente equipados.

c) Geologia de subsuperfcie: a partir de um poo exploratrio, analisando

amostras dos cascalhos e correlacionando poos na mesma regio de interesse.

20

Figura 3.11 - Geologia de superfcie (THOMAS[21])

3.5.1.2 Mtodos potenciais:

a) Gravimetria: entre outras utilidades, analisa a densidade de rochas em

subsuperfcie, podendo identificar presena anmala de densidade como possvel

acumulao de leo ou domo salino.

b) Magnetometria: tem o objetivo medir pequenas variaes na intensidade

do campo magntico terrestre.

21

Figura 3.12 Gravimetria (THOMAS[21])

3.5.1.3 Mtodos ssmicos:

Inicia-se com a gerao de ondas elsticas, atravs de fontes artificiais, que se

propagam pelo interior da Terra, onde refletidas e refratadas nas interfaces que separam

rochas de diferentes constituies petrofsicas e retornam superfcie, onde so

captadas por equipamentos de registro (geofones, se em terra, e hidrofones, no mar). Os

dados adquiridos so processados, podendo ser exibidos em vrias dimenses,

auxiliando a interpretao das estruturas em subsuperfcie. O mapa gerado pode

incrementar os projetos de perfurao, localizando com mais preciso a trajetria do

poo. Poos exploratrios podem tambm ser fontes de informaes ssmicas, ajudando

a captar informaes da geologia ao redor do poo.

A maior parte dos dados no pode ser medida diretamente, necessitando de

ajustes para contabilizar os efeitos da geometria dos equipamentos e fluidos do poo. Os

mtodos de aquisio de dados so interpretados e, como foi dito, so complementares

entre si, na tentativa de reduzir ao mximo as incertezas inseridas no modelo geolgico

final. A interpretao final um resultado de anlise de distribuies probabilsticas

sobre cada parte de volume do reservatrio em questo. A anlise estatstica da

distribuio dos valores dados pode levar a melhores estimativas entre pontos medidos

22

e, assim, a heterogeneidade do reservatrio melhor representada. A geoestatstica usa

a correlao espacial de valores medidos de uma propriedade para estimar o valor da

propriedade em outros locais e pode integrar diferentes fontes de dados.

Figura 3.13 - Resultado ssmico 3D (THOMAS[21])

3.5.2 Incertezas geolgicas:

Quando modelamos um reservatrio passamos por vrias fases de construo

da integrao dos dados geolgicos. Isso vai refletir na preciso dos modelos, na

resoluo e na distribuio das propriedades que queremos modelar. O processo de

determinar as incertezas do modelo geolgico sempre complexo devido ao elevado

nmero de variveis que devem ser consideradas. As infinitas realizaes possveis na

simulao estocstica de um reservatrio podem ser obtidas variando-se a fonte de

aquisio de dados ou os diferentes dados empregados na construo do modelo.

Tradicionalmente, perfilagens e dados ssmicos so usados para caracterizar o

reservatrio, mas ambos mantm vazios de informaes, dados seus limites de

resoluo eficiente. Perfilagens tem uma boa resoluo vertical, em escala de

centmetros, mas coleta informaes de uma poro muito pequena de todo o

23

reservatrio. Dados ssmicos sofrem de baixa resoluo tanto verticalmente como

horizontalmente. Entre perfilagens e dados ssmicos, ainda existem lacunas de

informaes, dificultando a caracterizao de reservatrios.

Dadas as dificuldades de obteno de dados na modelagem de reservatrios, os

valores de propriedades da rocha obtidos podem ser normalmente distribudos,

expressando o valor mais provvel de ser compatvel com a realidade da rocha. Assim,

os valores adotados das propriedades da rocha reservatrio no espao so resultados

probabilsticos, inserindo incertezas ao resultado final de modelagens e simulaes.

ROSA[17] mostra a importncia do uso da estatstica na caracterizao de reservatrios

de petrleo. Como as propriedades do reservatrio so desconhecidas, acredita-se que

cada ponto da regio definida pelo reservatrio esteja associado a uma srie de funes

de densidade de probabilidade, associando cada propriedade a uma varivel aleatria. A

anlise de perfis, de testemunhos e outras fontes de dados trazem valores absolutos das

propriedades da rocha, no sendo, portanto variveis aleatrias. O valor medido passa

ento a ser a mdia da varivel aleatria cuja funo de distribuio definida dentro do

volume onde houve a medio, podendo ser usado para estimar a mdia da varivel

aleatria em outros pontos do reservatrio. A figura abaixo ilustra um reservatrio que

teve pontos com propriedades medidas e outros no.

Figura 3.14 - Distribuio de uma propriedade de reservatrio (SAMPAIO[18])

24

Figura 3.15 - Histograma da porosidade obtido no Petrel

Esse projeto utiliza a anlise probabilstica das propriedades de reservatrio,

usando as ferramentas computacionais que sero descritas a seguir para que as

incertezas inseridas sejam plenamente analisadas e consideradas durante os planos de

desenvolvimento do campo.

3.6 Heterogeneidade do reservatrio

Informaes sobre as propriedades das rochas constituem-se em fatores

decisivos para o estudo do comportamento de reservatrios de petrleo e, portanto, a

sua coleta e a sua interpretao devem merecer uma ateno especial. A caracterizao

da heterogeneidade de um reservatrio importante para entender e otimizar a produo

de leo e gs. Reservatrios podem conter unidades litolgicas impermeveis e uma

distribuio heterognea de porosidade e permeabilidade que so, ainda, afetadas por

um conjunto de falhas que alteram o fluxo de fluidos dentro do reservatrio. A

heterogeneidade do reservatrio ocorre numa escala de metros, controlada pela

estratificao, mudana de fluidos residentes e efeitos diagenticos.

3.6.1 Upscaling

Modelos geolgicos podem conter milhes de informaes em uma nica

clula, contudo a capacidade computacional muitas vezes limitada para suportar tal

volume de informaes. Assim, um modelo menos detalhado pode ser necessrio para

que a modelagem e simulaes computacionais sejam possveis. A tcnica usada

chamada de upscaling, quando os valores das propriedades de uma regio do modelo

25

so simplificadas por um nico valor mdio das clulas prximas, reduzindo as

caractersticas inerentes e, assim, a complexidade do modelo.

3.6.2 Petrel

Petrel um software da Schlumberger que integra dados de mtodos de

prospeco de reservatrios de leo de mltiplas fontes. Isso permite que o usurio

interprete dados ssmicos, de poos de correlao, construindo modelos de reservatrio

que podem ser simulados e ter os resultados da simulao visualizados. Ainda, permite

o clculo de volume de leo in place e o estudo de campanhas de desenvolvimento do

campo que maximizem o volume produzido. O software suporta a anlise ssmica at a

simulao, trazendo o todo o fluxo de dados, permitindo que riscos e incertezas ao

longo da vida produtiva do reservatrio sejam avaliados.

3.7 Simulao de Reservatrios

3.7.1 Fluxo em meio poroso

O estudo do fluxo nos meios porosos tem como ponto central uma equao,

chamada equao da difusividade hidrulica ou simplesmente equao da difusividade,

a partir da qual so desenvolvidas solues para as diversas situaes em que os

reservatrios podem se encontrar. A equao da difusividade hidrulica, como

utilizada na engenharia de reservatrios, obtida a partir da associao de trs equaes

bsicas: equao da continuidade, que uma equao de conservao de massa, a lei de

Darcy, que uma equao de transporte de massa, e uma equao de estado que tanto

pode ser uma lei dos gases, como a equao da compressibilidade para o caso de

lquidos, ROSA et. al.[16].

3.7.1.1 Equao da continuidade:

O texto desse tpico baseado no trabalho de HARTMANN[11]. Essa lei,

descrita na equao 3.11 diz que o excesso do fluxo de massa, por unidade de tempo,

entrando ou saindo de qualquer elemento infinitesimal de volume de controle somado a

um termo fonte e multiplicado pela densidade igual mudana por unidade de tempo

na densidade desse mesmo elemento multiplicada pelo volume vazio desse elemento..

26

()

= . (. ) + () Equao 3.11

Considere uma clula que durante determinado intervalo de tempo ocorre

movimentao de fluido atravs de seu meu poroso, o que significa que houve entrada e

sada de fluido atravs de suas faces. Considera-se tambm a presena de um poo

injetor mp nesta clula, como mostra a Figura 3.17 abaixo:

Figura 3.16 - Fluxo de fluidos atravs de uma clula (HARTMANN[11])

O caso mais geral aquele que ocorre movimentao do fluido nas trs

direes, x,y e z. O fluido penetra no meio poroso atravs de uma face perpendicular a

cada uma das direes e sai pela face oposta. A Figura 3.17 ilustra a movimentao no

fluido nas trs direes, em destaque descritivo, a direo x. O fluido que se desloca

nessa direo, ao entrar no meio poroso o faz atravs da face A, normal direo x, e ao

sair, o faz atravs da face oposta A. O mesmo raciocnio pode ser utilizado para os

fluxos nas direes y e z. importante salientar a presena de um fluxo mssico injetor,

representado por mp, por exemplo, um poo injetor.

Matematicamente, podemos descrever a figura 3.17 atravs da equao 3.12:

27

= Equao 3.12

Onde me o fluxo mssico na entrada, sendo considerado por conveno positivo e ms o fluxo mssico na sada, negativo.

Sabe-se que a massa (m) de um determinado fluido contido em um elemento

infinitesimal que estamos utilizando como parmetro :

= Equao 3.13

Expandindo os termos da equao 3.13 temos que:

= + + + Equao 3.14

= + + + + + + Equao 3.15

No entanto, pode-se escrever ainda que o fluxo mssico de entrada em cada

uma das direes :

= = = Equao 3.16

E, o fluxo mssico de sada em x, y e z:

+ = + () + = + () + = + ()

Equao 3.17

28

= Equao 3.18

Com as equaes acima 3.14 e 3.18, a equao 3.13 pode ser reescrita. Com as

simplificaes necessrias, teremos:

()

= ()

()

()

+ (, ) Equao 3.19

O termo (, ) possui unidades [1], mas se a equao for divida por dxdydz, este termo fonte passar a ter unidade de [31], o que demonstra que a equao 3.19 pode ser reescrita como:

()

= ()

()

()

+ () Equao 3.20

As equaes 3.19 e 3.20, apesar da sua aparente sofisticao, representam

apenas um balano de materiais que pode ser explicada como sendo a diferena entre a

massa que entra e a massa que sai nas trs direes do fluxo se iguala variao da

massa dentro do meio poroso.

3.7.1.2 Lei de DArcy:

Em 1856, Henry DArcy concluiu, observando resultados de experincias para

a purificao de gua atravs da utilizao de filtros de areia, que existia uma relao

direta entre a vazo que atravessava o leito da areia e a diferena de carga associada a

essa vazo. Um esquema do aparelho usado por DArcy pode ser observado na Figura

3.18.

29

Figura 3.17 Fonte: Faculdade do Sul da Bahia, material didtico

Em suas experincias, DArcy tambm concluiu que as dimenses do leito

poroso afetavam os resultados obtidos e apresentou a relao matemtica que se tornaria

a base para a compreenso do fenmeno do escoamento de fluidos atravs de meios

porosos.

= 1 2

Equao 3.21

Onde q a vazo volumtrica travs do leito poroso, K uma constante de

proporcionalidade que depende do meio poroso, A a rea transversal do meio poroso,

L o comprimento do leito poroso e (h1-h2) a diferena de carga dgua associada

vazo obtida.

Para a deduo da equao da difusividade necessria a associao da

equao da continuidade com uma lei que rege o transporte de fluido no meio poroso,

ou seja, com a Lei de DArcy:

= Equao 3.22

30

Onde s uma trajetria de fluxo qualquer, a permeabilidade do meio poroso

na direo do fluxo, o peso especfico do fluido, a viscosidade do fluido e o

potencial de fluxo. O potencial de fluxo o agente responsvel e propulsor do

deslocamento do fluido no meio poroso. Os fluidos se deslocam sempre de pontos de

maior potencial para pontos de menor potencial, como, por exemplo, o deslocamento do

fluido para pontos de menor presso ou menor densidade.

3.7.1.3 Equao de estado:

So equaes que representam as compressibilidades dos fluidos e da rocha.

Para o fluxo de lquidos, pode-se usar a equao geral da compressibilidade dos fluidos:

= 1

Equao 3.23

A compressibilidade da rocha pode ser usada a anteriormente explicitada:

= 1 [ 2 ]1 Equao 3.24

A compressibilidade dos gases no ser citada novamente, por o reservatrio

usado no apresentar gs in place, no exemplo solucionado por esta monografia.

3.7.1.4 Equao da difusividade:

A equao da difusividade clssica apresentada considera:

Meio poroso homogneo e isotrpico;

Fluxo estritamente horizontal e isotrmico;

Trecho do poo aberto ao fluxo penetrando totalmente a formao;

Permeabilidade constante;

Pequenos gradientes de presso;

Fluido com compressibilidade pequena e constante, e viscosidade

constante;

Foras gravitacionais desprezveis;

Fluidos e rochas no reagente entre si.

31

Essas aproximaes e consideraes do origem equao a partir da

combinao das equaes da continuidade, de estado e da Lei de DArcy:

2

2+ 22

+ 22

= 1

Equao 3.25

Onde =

e ct, a compressibilidade total, escrita como:

= + + Equao 3.26

3.7.1.5 RGO, RAO e BSW:

Os projetos de recuperao secundria que injetam gua, cedo ou tarde

produziro quantidades crescentes de gua. No incio, com pequena produo de gua,

mede-se o chamado BSW (basic sediments and water) que a frao de gua produzida,

comparada com a produo total.

A razo gs-leo (RGO) a relao entre a vazo de gs e a vazo de leo,

medidas nas condies de superfcie. Uma razo gs-leo elevada pode ser o indicador

de numerosos componentes mais volteis na mistura lquida do reservatrio ou de

gerao de capa de gs secundria no reservatrio. Quando a produo de gua atinge

valores elevados, ela medida pela razo gua-leo (RAO).

3.7.1.6 ndice de produtividade

A presso do reservatrio decresce com o tempo de produo, isto , com a

produo acumulada durante a vida do reservatrio, e para cada valor de presso do

reservatrio, existem elementos na equao de DArcy que permanecem constantes, os

quais dependem das caractersticas da formao e dos fluidos produzidos, como

permeabilidade e viscosidade do fluido. Ento, a razo da vazo medida e do diferencial

de presso entre o reservatrio e o fundo do poo chamada de ndice de produtividade

(IP), sendo um indicativo da produtividade do poo. Em consequncia disso, a equao

de DArcy pode ser escrita da seguinte forma:

= ( ) Equao 3.27

32

Para fluxo de uma s fase em condies estabilizadas, ou seja, acima da

presso de saturao, o IP dos poos assumido constante e linear, como o caso dos

reservatrios com influxo de gua ativa. Para o fluxo bifsico, isto , quando a presso

de fluxo em frente aos canhoneados estiver abaixo da presso de saturao, ou seja,

existe gs saindo de soluo dentro do reservatrio, o IP no chega a ser linear. A

saturao de gs prximo ao poo aumentar com o consequente aumento na

permeabilidade relativa ao gs. Isto provocar uma diminuio na permeabilidade

relativa ao leo, e diminuio no IP, ou seja, quanto menor a presso dinmica de

fundo, maior a saturao de gs prximo ao poo, menor permeabilidade relativa ao

leo e, portanto, menor o IP.

Figura 3.18 Curva de IPR Linear. Fonte: Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010.

3.7.2 Eclipse

Eclipse um simulador de reservatrios que oferece solues numricas de

previses de comportamento do reservatrio, considerando diversos nveis de

complexibilidade estruturais, geolgicos, de fluidos e de desenvolvimento. Permite a

modelagem dos fluidos do reservatrio sob diferentes condies (modelo Black Oil,

composicional).

A integrao do Petrel e Eclipse permite uma interface simples e clara do fluxo

de dados e informaes, permitindo controle de poos, operaes de planejamento e

33

aplicao de mtodos especiais de recuperao. Ainda, a integrao prope um melhor

entendimento sobre as incertezas inseridas, otimizando o fator de recuperao do

volume de leo in place. As simulaes e modelagens podem incluir anlises de

sensibilidades e de incertezas.

O programa oferece dois modelos diferentes para a anlise dos fluidos do

reservatrio. Um deles o Black Oil, que consiste em modelar os hidrocarbonetos como

uma mistura de trs componentes (leo, gua e gs) em trs fases (lquido, gs e gs em

soluo), podendo estes componentes ser miscveis em diversas propores. Este

modelo utilizado quando as reservas de leo e a quantidade de leo recupervel

necessitam ser determinadas, mas a influncia da composio das fases no

comportamento do fluxo no considerada. Atravs deste software possvel tambm a

simulao de sistemas com mais de quatro componentes, onde este quarto componente

pode vir da injeo de fluidos que sejam miscveis aos hidrocarbonetos do reservatrio.

A abordagem black oil largamente utilizada na prtica e na grande maioria dos estudos

de simulaes de reservatrio e de escoamento.

O modelo composicional considera no somente a presso e a temperatura do

reservatrio, mas tambm as composies das diversas fases eventualmente presentes

no meio poroso. til quando uma equao de estado requerida para descrever o

comportamento fluido da fase do reservatrio ou as mudanas composicionais

associadas com a profundidade. Este modelo a escolha correta para estudar

condensados, leos muito volteis, programas da injeo do gs e estudos secundrios

da recuperao. O conhecimento do comportamento composicional requerido tambm

para o exato planejamento e projeto das instalaes de produo de superfcie.

No presente projeto, os inputs de simulaes no Eclipse foram:

malha com os dados geolgicos do reservatrio;

propriedades dos fluidos e rocha;

parmetros rocha-fluido;

condies iniciais;

dados de poos onde se definem as condies de operao.

34

3.7.2.1 Simulao Black-Oil

Como citado anteriormente, o modelo black-oil no considera a composio

das fases e, ainda:

a) no existem trocas de componentes entre as fases;

b) uma fase ocorre entre o gs e o leo, isto , o gs se move em soluo ou

no no leo, mas no ocorre vaporizao do leo para a fase gs. Assim, desconsidera-

se a condensao do gs ou vaporizao do leo;

As equaes que regem o comportamento black-oil so:

-Para a gua:

. []

( ) = Equao 3.28

- Para o leo:

. []

( ) = Equao 3.29

- Para o gs:

. []

( ) + . [] + = + Equao 3.30

Onde Bi so os fatores volume de formao, i so as massas especficas dos

fluidos, pi so as variaes de presso dos fluidos, Rs a razo definida por como a

razo dos volumes de gs e leo em superfcie, e Qi so as vazes de produo dos

fluidos.

O comportamento da produo de fluidos ao longo do tempo resultado da

anlise das equaes mostradas acima, junto com a Equao 3.26, que formam o

conjunto das quatro equaes essenciais para a simulao de reservatrios. Focando na

anlise da produo de leo, possvel identificar que o volume produzido depender

da permeabilidade relativa, variao de presso e saturao de leo no meio poroso ao

longo do tempo. A maneira com que a rocha formada e, assim, permite o fluxo de

35

fluidos por sua estrutura, uma das principais variveis da produo de um campo, mas

precisa ser analisada em conjunto com as outras citadas. A variao de presso na

produo define a capacidade do reservatrio de transmitir essa queda pelo meio poroso

por consequncia da produo, o que tambm permite interpretar a ao do gs em

soluo como mecanismo de produo, caso a presso caia para um valor abaixo da

presso de saturao. Assim, possvel prever a produo de leo, de gs, decaimento

da produo, entre outras importantes informaes para o planejamento de produo de

um campo de petrleo.

4 Sistemas martimos de produo

Um sistema de produo consiste de uma ou mais plataformas ou unidades

estacionrias de produo (UEP), equipamentos localizados no convs das UEPs e os

localizados no fundo do mar, que constituem o layout submarino. Toda a rede montada

por esses equipamentos responsvel por levar o leo que chega at a rvore de natal

at o sistema de escoamento para processamento. Podemos observar na Figura 4.1um

exemplo de configurao de sistema martimo de produo, na Bacia de Campos, em

todas as suas etapas, desde a elevao do leo em reservatrio at a chegada unidade

de processamento:

Figura 4.1 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010

36

4.1 Tipos de poos

Com base em seu direcionamento, os poos podem ser classificados como

verticais ou direcionais.

4.1.1 Poo vertical: Um poo considerado vertical quando o seu objetivo est sob a sonda e no

apresenta mudana de direo (dog-leg) considervel.

Qualquer poo em que seja necessria a mudana de direo ou inclinao

chamado direcional. Os poos direcionais podem ser divididos em Tipo 1, Tipo 2, Tipo

3, horizontais e de grande afastamento (ERW).

4.1.2 Poos horizontais:

Os poos do tipo horizontal se caracterizam por ter inclinao final perto de 90

graus. Sua vantagem possibilitar um maior intervalo de exposio do reservatrio,

otimizando a captao do leo existente no mesmo.

4.1.3 Poos Tipo 1:

Os poos do tipo 1 se caracterizam por ter KOP (kick of point), ponto onde se

inicia o ganho de inclinao do poo, baixa profundidade, seguido de um trecho com

inclinao constante, at atingir o alvo.

4.1.4 Poos Tipo 2:

Os poos do tipo 2 caracterizam-se por ter um trecho de build-up, trecho com

ganho de ngulo, e um trecho de drop-off, com perda de ngulo. O poo pode atingir o

alvo na vertical ou no.

4.1.5 Poos Tipo 3:

Os poos do tipo 3 caracterizam-se por ter o KOP grande profundidade, e um

trecho de ganho de ngulo para atingir o alvo. Este tipo de poo muito utilizado para

aproveitamento de poos j perfurados.

4.1.6 Poos Tipo Designer (3D):

O poo tipo 3D aplicado normalmente em situaes onde o posicionamento

da plataforma restrito, mo permitindo o alinhamento da cabea do poo com o

objetivo e tem trajetria com alterao de direo e giros. Tambm usado quando se

37

objetiva reduzir as linhas de produo por motivos tcnicos e/ou econmicos. VIEIRA

[23]

Figura 4.2 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010

Figura 4.3 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010

Os poos perfurados de forma perpendicular so (poos verticais) e podem ser

produtores ou projetados para obteno de dados de reservatrio (exploratrios)

permitindo uma maior preciso nos projetos seguintes, onde outros poos verticais

38

podem ser perfurados ou de trajetrias oblquas, os poos direcionais. Os poos

horizontais so de emprego cada vez maior na produo offshore. Eles permitem uma

cobertura maior do reservatrio, aumentando a vazo de produo de fluidos se

comparado a vazo obtida por um poo vertical.

4.2 Tipos de completao

A Completao de poos consiste no conjunto de servios e equipamentos

instalados no poo desde o momento em que a broca atinge a base da zona produtora de

produo. Este um conceito operacional da atividade, note que, por esta definio, a

cimentao do revestimento de produo, ou seja, aquele que entra em contato com a

zona produtora, uma atividade de Completao.

Os mtodos de completao podem ser classificados quanto interface entre a

coluna e a zona produtora:

4.2.1 Completao a poo aberto:

A completao a poo aberto frequentemente utilizada em espessas sees de

reservatrios constitudos por tipos de rochas bem firmes. o mtodo mais antigo de

completao de poos. As vantagens deste mtodo so as seguintes: THOMAS [21]

a zona de interesse inteira aberta para a coluna; no h gasto com canhoneio do revestimento; existe a intercomunicao de fluidos em todo o intervalo aberto para produo; drawdown pode ser reduzido por causa da larga rea de fluxo; h uma reduo no custo do revestimento; o poo pode ser facilmente aprofundado; a completao pode ser facilmente convertida para outro tipo de completao

como o liner rasgado ou revestimento canhoneado;

pelo fato de no haver revestimento, no h risco de haver dano formao causada pelo cimento.

A completao a poo aberto particularmente atrativa onde perdas com uma

filtragem ruim do fluido de perfurao pode levar a grandes prejuzos. Porm existem

desvantagens e limitaes deste mtodo de completao, so elas: THOMAS [21][21]

formaes que apresentam grandes razes gs-leo / gua-leo normalmente no podem ser controladas porque todo o intervalo aberto para produo;

39

o controle do poo durante a completao pode ser mais difcil; a tcnica no aceitvel para formaes constitudas por reservatrios separados

que contm fluidos com propriedades incompatveis;

as diversas zonas dentro do intervalo de completao no podem ser facilmente selecionadas;

este tipo de completao vai requerer freqentes limpezas se houver produo de areia ou se a formao no estiver estvel.

4.2.2 Liner rasgado ou canhoneado:

Para controlar problemas de desmoronamento, os primeiros produtores de

petrleo colocaram tubos com fendas ou telas na parte inferior do poo como um filtro

de areia. O uso deste tipo de completao como mtodo para controle de areia vem se

tornando muito popular hoje em dia em algumas reas. Este mtodo tem praticamente as

mesmas vantagens e desvantagens da completao a poo aberto.

Na maneira mais simples e antiga um tubo com fendas colocado dentro do

poo. As fendas so pequenas o suficiente para que a areia fique retida. Para areias

muito finas so colocadas telas de arame. Esta tcnica um mtodo de controle de areia

razoavelmente eficaz.

Algumas vezes este o nico mtodo de controle de areia que pode ser usado

por causa da perda de presso e consideraes sobre a geometria do poo. Entretanto,

este mtodo no muito recomendado por que: THOMAS[21].

O movimento da areia para a coluna faz com que haja um impedimento da permeabilidade devido mistura de diferentes de tamanhos de gros.

Gros de areia finos tendem a obstruir a tela. A tela pode sofrer desgaste devido movimentao da areia. Um suporte ineficaz da formao pode causar desabamento.

Para solucionar estes problemas, o anular entre o poo e a tela preenchido

com gros de areias mais grossos. A areia ou cascalho serve como suporte para a parede

do poo e para prevenir o movimento de areia. Este mtodo pode remover alguns dos

estragos causados pelo fluido de perfurao.

40

4.2.3 Revestimento canhoneado:

O mtodo envolve cimentao do revestimento na rea de interesse, onde a

comunicao com a formao feita atravs de buracos perfurados no revestimento e

no cimento, denominados canhoneados.

Este canhoneio feito para comunicar o interior do poo com a zona de

interesse. Se o poo revestido e no-canhoneado durante os estgios iniciais da

operao de perfurao, o controle do poo mais fcil e os custos de completao

podem ser reduzidos.

Usando vrias tcnicas de controle de profundidade, possvel decidir quais

zonas sero perfuradas e abertas para produo, evitando assim, a comunicao de

fluidos indesejveis como gs e gua, zonas fracas que podem produzir areia ou ainda,

zonas improdutivas.

Esta seletividade que completamente dependente de um bom trabalho de

cimentao e canhoneio adequado tambm permite que um simples poo produza vrios

reservatrios separados, sem que haja comunicao entre eles.

Este canhoneio pode tambm ser usado para controlar o fluxo da zona de

interesse, fechando o canhoneado ou injetando fluidos para transformar as zonas em

menos permeveis.

A deciso de colocao do revestimento pode ser adiada at que a avaliao do

reservatrio seja concluda, reduzindo gastos com poos secos. Em suma, as vantagens

desta completao incluem:

Operaes mais seguras; Seleo mais segura das zonas a serem completadas; Reduo da relevncia de estragos causados pela perfurao; Facilitao da estimulao seletiva; Possibilidade de completao em zonas mltiplas; Custos reduzidos com poos secos; Planejamento mais fcil de operaes de completao.

4.2.4 Mtodos para controle da produo de areia:

O texto desse tpico em referncia ao SILVA[20]. A extrao do leo em

arenitos friveis tem apresentado constantes desafios indstria do petrleo, nem tanto

41

pela necessidade da conteno da produo de areia propriamente dita, mas pelas altas

perdas de carga impostas pelo processo, que podem abreviar em alguns anos, a vida

produtiva de um poo. Os principais problemas causados pela produo de areia so:

Deposio de areia no poo encobrindo os canhoneados, ou formao de bridge na coluna de produo, reduzindo ou at mesmo causando a

interrupo do fluxo;

Eroso de equipamentos de superfcie, como linhas e chokes, e de subsuperfcie como DHSV e mandris de gaslift;

Acumulao de areia nos equipamentos de superfcie; Criao de grandes vazios por trs do revestimento, onde

desmoronamentos podero causar reduo drstica da permeabilidade nas

imediaes do poo ou colapso do prprio revestimento;

Perda de isolamento hidrulico.

a. Tubos rasgados (Slotted Liner): so usados em poos com baixa produtividade

ou em longos intervalos produtores, incluindo-se os poos horizontais. Existem

novos equipamentos desenvolvidos para maior rea aberta ao fluxo e aplicao

especfica para poos horizontais, dos quais so destacados: Sinterpack,

Stratapack e Excluder.

b. Tela pr-empacotada: so dois tubos selados, concntricos, tendo o espao

anular entre eles preenchido com areia ou cermica. recomendvel somente em

poos com longos intervalos canhoneados e altamente desviados, ou horizontais.

c. Areia resinada: consiste no preenchimento de espaos criados atrs do

revestimento, devido produo de areia com gravel pr resinado. Aps a pega da

resina descida a broca para remoo do excesso de gravel dentro do poo. Esta

tcnica se restringe a ser aplicada em poos com pequena extenso canhoneada,

sendo tambm recomendada para poos antigos que j produziram grandes

volumes de areia.

b) Gravel pack: a mais difundida mundialmente. Consiste no preenchimento

dos canhoneados e anular tubo telado/revestimento com uma areia (gravel) de

granulometria bem selecionada, formando um pacote compacto, que impede a

movimentao da areia da formao.

42

4.2.4.1 Gravel Pack

Esta tcnica, empregada em poo aberto ou revestido, pode variar desde a

simples utilizao de um nico tubo telado uma complexa completao mltipla. Aps

o condicionamento do revestimento, descido um sump packer, formando o fundo

necessrio para a ancoragem da do Gravel Pack, em seguida o poo canhoneado e o

conjunto de Gravel Pack, composto de tubos telados, tubos cegos, wash pipes,

crossover tool e packer instalado.

Aps a instalao do conjunto, feito o bombeio e deslocamento do gravel,

que conter a produo de areia da formao.

As vantagens do Gravel Pack em relao aos outros mtodos alternativos so:

Mais efetivo no controle de areia em longos intervalos, em intervalos com pequenas intercalaes de folhelhos, e em zonas com alto teor de

argila e silt;

Suporta a maioria das reaes desenvolvidas em um tratamento qumico possivelmente necessrio ao longo da vida produtiva do poo, e no se

deteriora com o tempo;

Apresenta melhores resultados nas aplicaes em poos antigos com histrico de grande produo de areia;

menos afetado pelas variaes de permeabilidade da formao ao longo da extenso do gravel pack.

As desvantagens do Gravel Pack so:

Reduo do dimetro interno do poo, pela utilizao de tubos telados; Reparos ou recompletaes requerem a remoo do conjunto; As telas esto sujeitas corroso e/ou eroso devido s altas velocidades

de fluxo ou produo de fluidos corrosivos.

Apresenta maior dificuldade no isolamento de futuros intervalos produtores de gua.

4.3 Arranjo de poos

O arranjo dos poos pode ser do tipo satlite ou agrupado. Os poos agrupados

posicionam-se geralmente abaixo da Unidade Estacionria de Produo (UEP), que

43

sero descritas na seo 4.5 desse captulo, e os poos satlites localizam-se em vrios

pontos do campo, ao redor da UEP, como mostra a figura 4.5 e 4.4 respectivamente.

A utilizao de poos satlites apresenta vantagem em relao aos poos

agrupados, pois podem ser posicionadas sobre as regies de maiores concentraes de

leo no reservatrio. Entretanto o investimento muito maior comparando-se aos poos

agrupados, pois necessrio a cada poo satlite mais equipamentos e maior

comprimento de tubulaes para o escoamento da produo dos poos.

Alguns dos parmetros que influenciam a definio do arranjo dos poos so a

rea do reservatrio, a profundidade, o tipo e o nmero de poos a perfurar.

A escolha do arranjo de poos a ser adotado interage com diversas variveis de

projeto e torna-se bastante complexa na medida em que poucas aproximaes ou

consideraes so adotadas, ou seja, h a necessidade de assumirem-se premissas que

reduzam o nmero de possibilidades para a construo do arranjo de poos.

Figura 4.4 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010

44

Figura 4.5 - Material didtico, Engenharia de Petrleo, UFRJ, 2010

4.4 Manifolds

O manifold submarino uma estrutura metlica apoiada no fundo do mar e que

acomoda vlvulas e acessrios que permitem que este esteja conectado rvore de natal

molhada, outros sistemas de produo, de tubulaes e risers. Esse equipamento

permite que a produo de vrios poos seja recebida em um nico sistema de elevao,

como uma subestao de captao, reduzindo o comprimento de tubulao usada no

escoamento submarino. Essa configurao organiza os poos em clusters. Ainda, o uso

de manifolds pode estar relacionado capacidade de recebimento de poos pela UEP ou

necessidade de limitao da vazo de surgncia antes que o fluxo chegue s

instalaes da UEP.

45

Figura 4.6 - Manifold Submarino

4.5 Unidades Estacionrias de Produo (UEPs)

Unidades Estacionrias de Produo tambm denominadas plataformas de

produo, so unidades industriais cuja funo receber, tratar e enviar os fluidos

produzidos pelo reservatrio. As plataformas so classificadas e projetadas de acordo

com a produo esperada do campo, a profundidade do mar e intempries ambientais.

Durante o projeto de desenvolvimento do campo, so analisadas diversas alternativas

em estudos de viabilidade tcnico-econmica (EVTE). Nesta fase, o tipo de UEP

selecionado.

4.5.1 UEPs fixas

Foram as primeiras unidades utilizadas e tem sido preferida nos campos

localizados em lminas dgua de at 300 m. So constitudas de estruturas modulares

de ao, instaladas no fundo do mar. Alm disso, so projetadas para receber todos os

equipamentos de perfurao, estocagem de materiais, alojamento de pessoal, bem como

todas as instalaes necessrias para a produo dos poos. Caracterizam-se por estarem

apoiadas diretamente no fundo do mar e praticamente por no apresentarem grandes

movimentos. Elas permitem a utilizao de rvore de natal na superfcie (completao

seca) bem como a perfurao e interveno nos poos a partir de sondas instaladas no

seu convs.

46

4.5.1.1 Jackup ou auto elevatria

So constitudas, basicamente de uma balsa equipada com estrutura de apoio

ou pernas que, que acionadas mecnica ou hidraulicamente movimenta-se para baixo at

atingirem o fundo do mar. Em seguida, inicia-se a elevao da plataforma acima do

nvel da gua, a uma altura segura e fora da ao das ondas. So plataformas mveis,

sendo transportadas por rebocadores ou com propulso prpria, destinadas a lminas

dgua que variam de 5 a 130 metros.

Figura 4.7 - Jackup, Polnia, 2005

4.5.1.2 Jaqueta

As plataformas jaquetas so estruturas metlicas instaladas com estacas

cravadas no fundo do mar, ilustradas na figura 4.9. Normalmente possuem grande

capacidade de processar o leo e o gs produzido, muitas vezes atendendo no somente

o campo onde est instalada, mas tambm campos adjacentes. So em geral projetadas

para vida til de 20 a 30 anos e representam altos investimentos. O seu posicionamento

requer cuidados especiais e deve ser bastante preciso, pois uma vez instalada no poder

ser removida para outra locao. O tempo necessrio para sua construo muitas vezes

considerado longo.

47

Figura 4.8 Projeto de Jaqueta. Fonte: Suporte Consultoria e Projeto LTDA.

4.5.2 UEPs flutuantes

4.5.2.1 Spar

O sistema Spar consiste de um cilindro vertical de ao de grande dimetro,

ancorado, operando com um calado de profundidade constante de cerca de 200 metros,

o que gera apenas pequenos movimentos verticais e, consequentemente, possibilita a

adoo de risers rgidos verticais de produo. Neste tipo de plataforma, h utilizao de

supressores de vrtices em torno do cilindro com o objetivo de inibir vibraes.

Figura 4.9 - Spar. Fonte: Marine Talk

48

4.5.2.2 Semi-Submersveis (SS)

Este tipo de plataforma se apoia em flutuadores cuja profundidade pode ser

alterada atravs do bombeio de gua para o tanque de lastro. As plataformas de

produo ficam na locao em torno de 20 anos. Dois tipos de sistema so responsveis

pelo posicionamento da unidade flutuante: sistema de ancoragem (ancoragem

convencional e ancoragem do tipo taut-leg) e o sistema de posicionamento dinmico

(propulsores no casco acionado por computador restauram a posio). Entre suas

vantagens esto os menores movimentos que um casco tipo navio, a facilidade para

mudar de locao e por ter sua tecnologia j consolidada. Como desvantagens, podem

ser citadas a necessidade de completao molhada (rvores de natal molhada) ser muito

sensvel carga do convs e ter capacidade de estocagem reduzida.

Figura 4.10 Plataforma Semi-submersvel. Fonte: Portal NewsComex

4.5.2.3 TLP

Sua estrutura semelhante da plataforma semi-submersvel. Porm, sua

ancoragem ao fundo do mar diferente: as TLPs so ancoradas por tendes (estruturas

tubulares) fixos ao fundo do mar por estacas e mantidos esticados pelo excesso de

flutuao da plataforma, o que reduz severamente o movimento de heave (movimento

vertical da estrutura) desta, permitindo a completao seca.

49

Figura 4.11 - TLP. Fonte: Oil and Gas Processing

4.5.2.4 FPSO

Os navios FPSOs (Floating Production Storage Offloading) surgiram para

atender os desafios de escoamento da produo em guas profundas. Consistem em uma

unidade estacionria de produo que utiliza um navio ancorado, o qual suporta no seu

convs uma planta de processo. Alm de possuir tanques para o armazenamento do leo

produzido, permitem o escoamento da produo para outro navio, chamado aliviador,

que periodicamente amarrado no FPSO para receber e transportar o leo at os

terminais petrolferos.

O primeiro FPSO foi instalado pela Shell no Campo de Castellon, Espanha, em

1977, utilizando-se um sistema de ancoragem chamado SALM (Single Anchor Leg

Moooring) projetado pela empresa Mnaco-SBM. Durante os anos 80, essa tecnologia

de FPSO ficou centrada em aplicaes em guas calmas e profundidades moderadas,

quando, ento, ficou demonstrado ao mercado a segurana operacional e viabilidade

econmica da mesma.

As unidades devem ser capazes de armazenar o leo cru estabilizado. Para

produzir leo cru estabilizado, necessita-se separar o leo, o gs e a gua produzida e

50

tratar cada um deles convenientemente, de modo a se dispor dos mesmos. Assim, uma

planta de processo se faz necessria. Para uma planta funcionar, uma srie de sistemas

deve